堆與棧

• 堆是大家共有的空間，分全局堆和局部堆百新。全局堆就是所有沒有分配的空間薇缅，局部堆就是用戶分配的空間评也。堆在操作系統(tǒng)對進程初始化的時候分配，運行過程中也可以向系統(tǒng)要額外的堆锋玲，但是記得用完了要還給操作系統(tǒng)景用，要不然就是內(nèi)存泄漏。
• 棧是線程獨有的惭蹂，保存其運行狀態(tài)和局部自動變量的伞插。棧在線程開始的時候初始化，每個線程的椂芡耄互相獨立媚污。每個函數(shù)都有自己的棧，棧被用來在函數(shù)之間傳遞參數(shù)廷雅。操作系統(tǒng)在切換線程的時候會自動的切換棧耗美，就是切換SS/ESP寄存器。棸窠危空間不需要在高級語言里面顯式的分配和釋放幽歼。

分配內(nèi)存時堆與棧的區(qū)別

• 棧是由編譯器自動分配釋放，存放函數(shù)的參數(shù)值谬盐、局部變量的值等甸私。操作方式類似于數(shù)據(jù)結構中的棧

• 堆一般由程序員分配釋放，若不釋放飞傀，程序結束時可能由OS回收皇型。注意這里說是可能诬烹，并非一定。再強調(diào)一次弃鸦，記得要釋放＝视酢！唬格！

• 棧區(qū)(stack) :
  編譯器自動分配釋放家破，主要存放函數(shù)的參數(shù)值，局部變量值等购岗。windows下汰聋，棧內(nèi)存分配是一個常數(shù)，超出了限制喊积，提示stack overflow錯誤

• 堆區(qū)(heap)：程序員手動分配釋放烹困，操作系統(tǒng)80%內(nèi)存

• 全局區(qū)或靜態(tài)區(qū)：存放全局變量和靜態(tài)變量；程序結束時由系統(tǒng)釋放乾吻，分為全局初始化區(qū)和全局未初始化區(qū)

• 字符常量區(qū)：常量字符串放與此髓梅，程序結束時由系統(tǒng)釋放

• 程序代碼區(qū)：存放函數(shù)體的二進制代碼

示例如下：

int a = 0;          // 全局初始化區(qū)
char *p1;           // 全局未初始化區(qū)
int main(int argc, char** argv) {
    int b;                  // 棧
    char s[] = "abc";       // 棧
    char *p2;               // 棧
    char *p3 = "3210";      // 其中，"3210\0"常量區(qū)绎签，p3在棧區(qū)
    static int c = 0;       // 全局區(qū)
    p1 = (char*)malloc(20);         // 20個字節(jié)區(qū)域在堆區(qū)
    strcpy(p1, "3210");             // "3210\0" 在常量區(qū)枯饿，編譯器可能會優(yōu)化為和p3的指向同一塊區(qū)域
    return 0;
}

C語言中內(nèi)存分配與釋放

動態(tài)與靜態(tài)分配內(nèi)存

• 靜態(tài)內(nèi)存分配，分配內(nèi)存大小的是固定辜御，問題：1.很容易超出棧內(nèi)存的最大值 2.為了防止內(nèi)存不夠用會開辟更多的內(nèi)存鸭你，容易浪費內(nèi)存

• 動態(tài)內(nèi)存分配，在程序運行過程中擒权，動態(tài)指定需要使用的內(nèi)存大小袱巨，手動釋放，釋放之后這些內(nèi)存還可以被重新使用

malloc和free函數(shù)

1. malloc僅僅分配內(nèi)存碳抄，free僅僅回收內(nèi)存愉老，并不執(zhí)行構造和析構函數(shù)
2. malloc、free是函數(shù)剖效，可以覆蓋嫉入，C、C++中都可以使用
3. malloc申請的內(nèi)存只能使用free釋放
4. malloc和free是實現(xiàn)的函數(shù)璧尸，并不是C語言的標準

malloc咒林、calloc、realloc的使用

• malloc() 函數(shù)
  用來動態(tài)地分配內(nèi)存空間爷光，原型為：void* malloc (size_t size);分配成功返回指向該內(nèi)存的地址垫竞，失敗則返回 NULL。

• calloc() 函數(shù)
  用來動態(tài)地分配內(nèi)存空間并初始化為0，就是NULL欢瞪。原型為：void* calloc (size_t num, size_t size);活烙。calloc() 在內(nèi)存中動態(tài)地分配 num 個長度為 size 的連續(xù)空間，并將每一個字節(jié)都初始化為 0遣鼓。所以它的結果是分配了 num * size 個字節(jié)長度的內(nèi)存空間啸盏，并且每個字節(jié)的值都是0。分配成功返回指向該內(nèi)存的地址骑祟，失敗則返回 NULL回懦。

• realloc() 函數(shù)
  重新分配內(nèi)存，原型為：realloc(void *__ptr, size_t __size);曾我，更改已經(jīng)配置的內(nèi)存空間粉怕，即更改由malloc()函數(shù)分配的內(nèi)存空間的大小健民。如果將分配的內(nèi)存減少抒巢，realloc僅僅是改變索引的信息。如果是將分配的內(nèi)存擴大秉犹，則有以下情況：
  1）如果當前內(nèi)存段后面有需要的足夠大內(nèi)存空間蛉谜，則直接擴展這段內(nèi)存空間，realloc()將返回原指針崇堵。
  2）如果當前內(nèi)存段后面的空閑字節(jié)不夠型诚，那么就使用堆中的第一個能夠滿足這一要求的內(nèi)存塊，將目前的數(shù)據(jù)復制到新的位置鸳劳，并將原來的數(shù)據(jù)塊釋放掉狰贯，返回新的內(nèi)存塊位置。
  3）如果申請失敗赏廓，將返回NULL涵紊，此時，原來的指針仍然有效幔摸。

注意：如果調(diào)用成功摸柄，不管當前內(nèi)存段后面的空閑空間是否滿足要求，都會釋放掉原來的指針既忆，重新返回一個指針驱负，雖然返回的指針有可能和原來的指針一樣，即不能再次釋放掉原來的指針患雇。

• reallocf(), valloc()函數(shù)
  在mac系統(tǒng)中跃脊，還有這兩個函數(shù)，不常用苛吱。原型為：

void* reallocf(void *ptr, size_t size);
void* valloc(size_t size);

1. The valloc() function allocates size bytes of memory and returns a pointer to the allocated memory. The allocated memory is aligned on a page boundary.

2. The reallocf() function is identical to the realloc() function, except that it will free the passed pointer when the requested memory cannot be allocated.
   This is a FreeBSD specific API designed to ease the problems with traditional coding styles for realloc causing memory leaks in libraries.

例子分析

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

int main(int argc, char** argv) {
    int a = 5;
    long b = 10;

    int * int_array = (int*)malloc(sizeof(int) * 8);
    printf("%ld\n", int_array);
    int_array[1] = 8;
    free(int_array);

    int * ints = (int*)malloc(sizeof(int) * 8);
    printf("%ld\n", ints);

    int * is = (int*)realloc(ints, sizeof(int) * 4);
    printf("%ld\n", is);

    int * iis = (int*)realloc(is, sizeof(int) * 16);
    printf("%ld\n", iis);

    //free(ints);
    //free(is);
    free(iis);

    return 0;
}

由圖可知酪术，前三次的內(nèi)存地址輸出是一致的，第四次輸出了不一樣的內(nèi)存地址又谋。當然第二次的內(nèi)存地址跟第一次輸出的內(nèi)存地址一樣是因為編譯優(yōu)化的一些原因拼缝，大家可以嘗試不同gcc版本娱局，使用不同的-O級別。第三次輸出一致的內(nèi)存地址咧七，是因為新分配的內(nèi)存小于原來分配的內(nèi)存長度衰齐，于是內(nèi)存地址還是一樣的，但是原來的指針已經(jīng)被釋放掉了继阻。第四次則是內(nèi)存不足耻涛，所以重新分配到了一個新的內(nèi)存地址，原來的指針也沒釋放掉瘟檩。讀者可以把注釋的free代碼放開抹缕，自己編譯看一下結果。

C++的new與delete

C++中是通過new和delete操作符進行動態(tài)內(nèi)存管理墨辛。雖然是C++中的動態(tài)內(nèi)存管理卓研，但是與C語言中的四個函數(shù)不同，new和delete是C++中的操作符睹簇。標準中已經(jīng)定義好奏赘，由編譯器來實現(xiàn)分配和釋放內(nèi)存，不是函數(shù)庫里面的實現(xiàn)太惠，但是底層實現(xiàn)中也會調(diào)用基礎的malloc和free函數(shù)磨淌。

new/delete和malloc/free的區(qū)別和聯(lián)系：

1. 它們都是動態(tài)管理內(nèi)存的入口
2. malloc/free是C/C++標準庫的函數(shù)，new/delete是C++操作符
3. malloc/free只是動態(tài)分配內(nèi)存空間/釋放空間凿渊。而new/delete除了分配空間還會調(diào)用構造析構函數(shù)進行初始化與清理（清理成員）
4. malloc/free需要手動計算類型大小且返回值為void*梁只，new/delete可自己計算類型的大小對應類型的指針
5. new/delete的底層調(diào)用了malloc/free
6. malloc/free申請空間后得判空，new/delete則不需要埃脏，之前是返回空指針搪锣，現(xiàn)在引發(fā)異常std:bad_alloc.
7. new直接跟類型，malloc傳入節(jié)數(shù)個數(shù)

例子分析

1.C+11之前剂癌，可以初始化簡單變量：

int *p = new int(12);
delete p;
double *dp = new double(4.5);
delete[] dp;

2.C++11之后淤翔，可使用列表初始化：

struct point{double x,int y,doble z};
point *p = new point{1,2,3};
delete p;
int *array = new int []{1,2,3,4};
delete[] array;

3.使用new 和delete時，分別調(diào)用的是如下函數(shù)：

void * operator new(std::size_t);
void * operator new[](std::size_t);
void * operator delete(std::size_t);
void * operator delete[](std::size_t);

例如1中的示例：

int *p = new int;

int *p = new (sizeof(int));

第三方不同的malloc/free實現(xiàn)

C語言的標準函數(shù)庫除了gcc libc之外佩谷，還有許多其他的實現(xiàn)旁壮。這里專門介紹一下malloc的其他實現(xiàn)。主要是ptmalloc,tcmalloc,jemalloc谐檀。這三種方式的實現(xiàn)各有自己的優(yōu)缺點：

1.作為基礎庫的ptmalloc是最為穩(wěn)定的內(nèi)存管理器抡谐，無論在什么環(huán)境下都能適應，但是分配效率相對較低
2.而tcmalloc針對多核情況有所優(yōu)化桐猬，性能有所提高麦撵，但是內(nèi)存占用稍高，大內(nèi)存分配容易出現(xiàn)CPU飆升
3.jemalloc的內(nèi)存占用更高，但是在多核多線程下的表現(xiàn)也最為優(yōu)異

具體需要使用哪一個庫免胃，需要按照自己的業(yè)務需求來音五，脫離業(yè)務需求談技術的都是耍流氓。