内存管理

C++ 的内存管理是一个重要且复杂的主题，涉及到如何分配、使用和释放内存。以下是关于 C++ 内存管理的详细概述：

1. 内存分配的方式

C++ 中内存主要有两种分配方式：静态分配和动态分配。

静态分配

• 栈内存：在函数调用时，局部变量会在栈上分配内存。当函数返回时，内存自动释放。

• 全局/静态变量：全局变量和静态变量在程序加载时分配内存，直到程序结束时才会释放。

动态分配

• 堆内存：使用 new 操作符动态分配内存，需要手动释放。通过 delete 操作符释放内存。

MyClass* obj = new MyClass();  // 动态分配
delete obj;                    // 释放内存

2. 内存管理操作

• 分配内存：使用 new 关键字为对象分配内存，支持数组分配。

int* arr = new int[10];  // 动态分配数组

• 释放内存：使用 delete 释放单个对象，使用 delete[] 释放数组。

delete obj;            // 释放单个对象
delete[] arr;         // 释放数组

3. 内存泄漏

• 如果忘记释放动态分配的内存，可能会导致内存泄漏。程序运行时逐渐消耗内存，最终可能耗尽可用内存。

• 使用智能指针（如 std::unique_ptr 和 std::shared_ptr）可以减少内存泄漏的风险。

4. 智能指针

C++11 引入了智能指针，简化了内存管理并提高了安全性。

• std::unique_ptr：独占所有权，自动释放内存。不能被复制，但可以被移动。

#include <memory>

std::unique_ptr<MyClass> ptr(new MyClass());  // 自动管理内存

• std::shared_ptr：允许多个指针共享同一对象的所有权，通过引用计数管理内存。

#include <memory>

std::shared_ptr<MyClass> ptr1(new MyClass());
std::shared_ptr<MyClass> ptr2 = ptr1;  // 共享所有权

• std::weak_ptr：与 std::shared_ptr 配合使用，提供对对象的非拥有引用，避免循环引用。

5. 内存对齐

C++ 在内存中使用对齐，以确保数据结构的高效访问。不同类型的数据可能需要不同的对齐方式。

6. RAII（资源获取即初始化）

RAII 是 C++ 中一种管理资源（如内存、文件句柄等）的方法，使用对象的生命周期来管理资源。对象的构造函数分配资源，析构函数释放资源。

class Resource {
public:
    Resource() { /* 资源分配 */ }
    ~Resource() { /* 资源释放 */ }
};

void func() {
    Resource res;  // 在作用域内自动管理资源
}

7. 内存池和自定义分配器

对于性能要求高的应用，可能需要使用内存池或自定义分配器，以减少内存分配和释放的开销。

8. 总结

C++ 的内存管理需要程序员手动控制内存的分配和释放，这提供了灵活性，但也增加了出错的风险。使用智能指针、RAII 和其他技术可以帮助提高内存管理的安全性和效率。在开发过程中，务必注意内存泄漏、悬挂指针和双重释放等问题，以确保程序的健壮性。