C++學(xué)習(xí)筆記之內(nèi)存1

整體來(lái)說(shuō)，這些內(nèi)容都相當(dāng)基礎(chǔ)，對(duì)于大多數(shù)初學(xué)者來(lái)講還是能接受的，在面試日常實(shí)習(xí)、暑期實(shí)習(xí)、校招過(guò)程中還是相當(dāng)有幫助的，對(duì)在校生來(lái)說(shuō)還是相當(dāng)友好滴~

1、內(nèi)存泄漏？怎么解決？

內(nèi)存泄漏是指程序在動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存后，未釋放或者未能完全釋放該內(nèi)存空間的情況。這樣會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存不斷被占用，進(jìn)而導(dǎo)致程序性能下降、甚至崩潰等問(wèn)題。

解決內(nèi)存泄漏問(wèn)題需要先確定內(nèi)存泄漏的原因，可以通過(guò)以下幾個(gè)步驟來(lái)解決內(nèi)存泄漏問(wèn)題：

1. 排查代碼：查看代碼中是否有明顯的內(nèi)存泄漏的情況，例如忘記釋放內(nèi)存等。
2. 使用工具檢查：可以使用一些內(nèi)存泄漏檢測(cè)工具，例如Valgrind、Purify、AddressSanitizer等，來(lái)檢測(cè)程序中的內(nèi)存泄漏情況。
3. 檢查資源的使用情況：程序中除了內(nèi)存泄漏還可能存在其他資源泄漏，例如文件句柄、網(wǎng)絡(luò)連接等，需要逐一檢查并進(jìn)行相應(yīng)的釋放。
4. 使用智能指針：在C++中，可以使用智能指針（shared_ptr、unique_ptr、weak_ptr）等RAII技術(shù)來(lái)管理動(dòng)態(tài)內(nèi)存，自動(dòng)釋放資源，避免忘記釋放內(nèi)存的問(wèn)題。
5. 重構(gòu)代碼：如果程序中的內(nèi)存泄漏問(wèn)題比較嚴(yán)重，無(wú)法通過(guò)以上方法解決，可以考慮對(duì)代碼進(jìn)行重構(gòu)，優(yōu)化內(nèi)存使用情況，避免內(nèi)存泄漏的問(wèn)題。

2、說(shuō)說(shuō)常見(jiàn)的內(nèi)存泄漏都有哪些？

• 對(duì)象被無(wú)意識(shí)地持續(xù)引用：在使用完對(duì)象后，程序沒(méi)有將其引用置為NULL，導(dǎo)致這些對(duì)象一直占用內(nèi)存。
• 內(nèi)存分配未釋放：程序中使用了動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存的函數(shù)（如malloc、calloc、realloc等）分配內(nèi)存，但沒(méi)有調(diào)用free函數(shù)進(jìn)行釋放。
• 大對(duì)象未分配內(nèi)存池：如果需要頻繁地分配、釋放大對(duì)象（如數(shù)組、矩陣等），直接調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)分配內(nèi)存可能會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存碎片化，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)存泄漏。此時(shí)，可以使用內(nèi)存池技術(shù)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。
• 循環(huán)引用：當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)對(duì)象之間互相引用時(shí)，它們會(huì)互相持有對(duì)方的引用，當(dāng)這些對(duì)象中有一個(gè)引用沒(méi)有被釋放時(shí)，將導(dǎo)致內(nèi)存泄漏。
• 持續(xù)增長(zhǎng)的緩存：當(dāng)一個(gè)緩存區(qū)在使用后沒(méi)有被清空或者不定期的清理，會(huì)導(dǎo)致緩存中的數(shù)據(jù)越來(lái)越多，最終導(dǎo)致內(nèi)存泄漏。

為了解決內(nèi)存泄漏問(wèn)題，需要進(jìn)行內(nèi)存泄漏檢測(cè)和內(nèi)存泄漏排查。一些編程語(yǔ)言和開(kāi)發(fā)工具可以提供內(nèi)存泄漏檢測(cè)的功能，可以通過(guò)這些工具來(lái)查找內(nèi)存泄漏的代碼位置，并及時(shí)修復(fù)。同時(shí)，在編寫(xiě)代碼時(shí)，也應(yīng)該遵循良好的編程習(xí)慣，及時(shí)釋放已經(jīng)不再使用的內(nèi)存，以避免內(nèi)存泄漏問(wèn)題的出現(xiàn)。

3、如何避免內(nèi)存泄漏？

• 確保在程序中每次使用完內(nèi)存后及時(shí)釋放，特別是對(duì)于動(dòng)態(tài)分配的內(nèi)存，要在不需要時(shí)及時(shí)釋放。
• 確保內(nèi)存釋放的正確性，例如使用free函數(shù)時(shí)，需要確保傳遞給它的指針是指向動(dòng)態(tài)分配的內(nèi)存空間。
• 對(duì)于需要長(zhǎng)時(shí)間占用內(nèi)存的程序，可以考慮采用內(nèi)存池技術(shù)，動(dòng)態(tài)分配一定數(shù)量的內(nèi)存空間，在使用完成后放回內(nèi)存池中，避免頻繁申請(qǐng)和釋放內(nèi)存造成的性能影響。
• 對(duì)于需要頻繁申請(qǐng)和釋放內(nèi)存的程序，可以考慮采用內(nèi)存緩存技術(shù)，將頻繁使用的內(nèi)存緩存起來(lái)，避免頻繁申請(qǐng)和釋放內(nèi)存造成的性能影響。
• 使用內(nèi)存泄漏檢測(cè)工具，例如Valgrind等，來(lái)幫助檢測(cè)和解決內(nèi)存泄漏問(wèn)題。

4、你知道常見(jiàn)的內(nèi)存錯(cuò)誤嗎？再說(shuō)說(shuō)解決的對(duì)策？

1. 內(nèi)存泄漏：指已經(jīng)不再需要使用的內(nèi)存沒(méi)有被釋放，導(dǎo)致內(nèi)存浪費(fèi)。解決方案可以采用以下方法：
   1. 手動(dòng)管理內(nèi)存并調(diào)用free()釋放不再使用的內(nèi)存；
   2. 使用智能指針等自動(dòng)內(nèi)存管理機(jī)制；
   3. 使用內(nèi)存泄漏檢測(cè)工具定位和修復(fù)內(nèi)存泄漏問(wèn)題。
2. 內(nèi)存溢出：指分配的內(nèi)存空間不足以滿足當(dāng)前需要，導(dǎo)致程序崩潰。解決方案可以采用以下方法：
   1. 程序設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮內(nèi)存使用情況，合理地規(guī)劃內(nèi)存分配；
   2. 使用內(nèi)存監(jiān)控工具或者操作系統(tǒng)提供的性能工具，監(jiān)測(cè)和分析程序內(nèi)存使用情況；
   3. 優(yōu)化算法或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，減少內(nèi)存占用。
3. 野指針：指指針指向了已經(jīng)被釋放的內(nèi)存空間，或者指針未被初始化就被使用。解決方案可以采用以下方法：
   1. 對(duì)指針變量進(jìn)行初始化；
   2. 在指針使用之前，檢查其是否為空或者指向的內(nèi)存是否被釋放；
   3. 使用nullptr代替NULL，避免空指針問(wèn)題；
   4. 使用智能指針等自動(dòng)內(nèi)存管理機(jī)制，避免手動(dòng)釋放內(nèi)存的錯(cuò)誤。

5、詳細(xì)說(shuō)說(shuō)內(nèi)存的分配方式？

內(nèi)存的分配方式有兩種：靜態(tài)內(nèi)存分配和動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配。

1. 靜態(tài)內(nèi)存分配：在程序編譯時(shí)就已經(jīng)分配好內(nèi)存，運(yùn)行時(shí)不能改變分配的內(nèi)存大小，程序執(zhí)行速度快，但是空間利用率低，不能靈活分配內(nèi)存空間。常見(jiàn)的靜態(tài)內(nèi)存分配有：
   1. 全局變量：在程序編譯時(shí)分配內(nèi)存，整個(gè)程序執(zhí)行期間內(nèi)存不釋放。
   2. 靜態(tài)局部變量：在函數(shù)執(zhí)行時(shí)分配內(nèi)存，但是該內(nèi)存空間在函數(shù)執(zhí)行完畢后不釋放，可以用 static 修飾符來(lái)聲明。
   3. 靜態(tài)數(shù)組：在編譯時(shí)就分配內(nèi)存，執(zhí)行期間內(nèi)存不釋放。
   4. 靜態(tài)結(jié)構(gòu)體：在編譯時(shí)就分配內(nèi)存，執(zhí)行期間內(nèi)存不釋放。
2. 動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配：在程序運(yùn)行時(shí)才分配內(nèi)存，可以根據(jù)需要靈活地分配和釋放內(nèi)存空間。常見(jiàn)的動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配有：
   1. malloc()：在堆上分配指定大小的內(nèi)存空間，返回一個(gè)指向這段內(nèi)存的指針。
   2. calloc()：在堆上分配指定數(shù)量和大小的內(nèi)存空間，返回一個(gè)指向這段內(nèi)存的指針。
   3. realloc()：調(diào)整已分配內(nèi)存的大小，返回一個(gè)指向這段內(nèi)存的指針。
   4. free()：釋放已經(jīng)分配的內(nèi)存。

動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配的優(yōu)點(diǎn)是空間利用率高、可以根據(jù)需要靈活地分配和釋放內(nèi)存空間，但是容易引起內(nèi)存泄漏和內(nèi)存碎片問(wèn)題。因此在使用動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配時(shí)要注意及時(shí)釋放已經(jīng)不再需要的內(nèi)存空間，避免內(nèi)存泄漏問(wèn)題的發(fā)生。

6、堆和棧的區(qū)別？

棧（stack）是一種先進(jìn)后出（Last In First Out，LIFO）的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，由編譯器自動(dòng)管理，存放程序的局部變量、函數(shù)參數(shù)和返回地址等信息。棧的內(nèi)存空間由操作系統(tǒng)自動(dòng)分配和釋放，其空間大小是固定的，一般為幾MB至幾十MB。

堆（heap）則是一種動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配方式，程序員需要手動(dòng)申請(qǐng)和釋放堆內(nèi)存。堆的內(nèi)存空間由操作系統(tǒng)管理，其大小可以動(dòng)態(tài)增加或減少，一般情況下堆的空間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于棧。

在程序運(yùn)行過(guò)程中，棧的分配和釋放速度較快，但棧的容量有限；堆的分配和釋放速度較慢，但堆的容量較大。因此，對(duì)于較小的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，優(yōu)先使用棧來(lái)分配內(nèi)存；對(duì)于較大的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，需要?jiǎng)討B(tài)管理內(nèi)存時(shí)，可以使用堆來(lái)分配內(nèi)存。

7、如何控制C++的內(nèi)存分配？

在 C++ 中，可以通過(guò)重載 new 和 delete 運(yùn)算符來(lái)控制內(nèi)存分配。

重載 new 和 delete 運(yùn)算符的方式如下：

void* operator new(size_t size);
void operator delete(void* p) noexcept;

其中，operator new 用于分配內(nèi)存，operator delete 用于釋放內(nèi)存。

默認(rèn)情況下，operator new 調(diào)用 malloc 函數(shù)分配內(nèi)存，operator delete 調(diào)用 free 函數(shù)釋放內(nèi)存。但是，我們可以重載這些運(yùn)算符，自定義內(nèi)存分配和釋放方式。

例如，下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，演示如何重載 operator new 和 operator delete 運(yùn)算符：

#include 


void* operator new(size_t size)
{
    std::cout << "Allocating " << size << " bytes of memory" << std::endl;
    void* p = malloc(size);
    return p;
}


void operator delete(void* p) noexcept
{
    std::cout << "Deallocating memory" << std::endl;
    free(p);
}


int main()
{
    int* ptr = new int;
    delete ptr;
    return 0;
}

運(yùn)行上面的代碼，輸出如下：

Allocating 4 bytes of memory
Deallocating memory

可以看到，重載后的 operator new 和 operator delete 運(yùn)算符被調(diào)用，并輸出了相關(guān)信息。

通過(guò)重載 operator new 和 operator delete 運(yùn)算符，我們可以實(shí)現(xiàn)自定義的內(nèi)存分配和釋放方式，從而更好地控制 C++ 的內(nèi)存分配。