? 博客主页：倔强的石头的CSDN主页
?Gitee主页：倔强的石头的gitee主页
⏩ 文章专栏：《C++指南》
期待您的关注
目录
引言
一、C++ 内存管理概述
二、C++内存区域划分
三、C++ 内存管理方式
?1.自动内存管理（栈内存）
?2.静态内存管理（全局和静态变量）
?3.动态内存管理（堆内存）
四、C++ 动态内存管理方式
?1.new 和 delete 的用法
?2. 使用 new 和 delete 的注意事项
?3. new、delete 与 malloc、free 的区别
五、内存管理注意事项
引言
在 C++ 编程的世界里，内存管理犹如大厦之基石，至关重要。有效的内存管理不仅关乎程序的性能，更与程序的稳定性和安全性紧密相连。错误的内存操作可能引发难以察觉的漏洞，甚至导致程序崩溃。C++ 赋予了程序员精细掌控内存的能力，从变量的存储分配到动态内存的申请与释放，每一个环节都充满挑战与机遇。
本文将深入探讨 C++ 内存管理的核心概念、常用技术以及最佳实践，为你揭开高效内存管理的神秘面纱。
一、C++ 内存管理概述
在 C++ 中，内存管理是程序开发中至关重要的一环。由于 C++ 允许程序员直接操作内存，这既赋予了极大的灵活性，也带来了一定的复杂性和风险。高效且正确的内存管理对于编写高性能、稳定可靠的 C++ 程序起着关键作用。
C++ 的内存管理涉及到内存的分配和释放。如果内存分配不当或者释放不及时，可能会导致内存泄漏、悬空指针等问题，从而影响程序的正确性和性能。
二、C++内存区域划分
C++和C语言的内存区域划分是相同的，都包括栈区、堆区、全局/静态区、常量区和代码区。这些区域在功能、生命周期、管理方式和特性上都有所不同，共同支持着程序的正常运行。
相关细节可以阅读我的上一篇文章：
【C语言指南】C语言内存管理 深度解析_c语言内存映射-CSDN博客
三、C++ 内存管理方式
?1.自动内存管理（栈内存）
局部变量（包括函数内的变量）通常使用这种分配方式
原理： C++ 中的自动内存管理主要依赖栈（Stack）。栈是一种数据结构，它按照后进先出（LIFO）的原则进行操作。当一个函数被调用时，编译器会在栈上为函数的局部变量和函数参数自动分配内存。这些变量的生命周期与函数的执行周期紧密相关。当函数开始执行时，栈指针向下移动（在内存地址上表现为减小），为变量开辟空间；当函数执行结束时，栈指针向上移动，这些局部变量所占用的空间会自动释放，无需程序员手动干预。示例void function() { int a = 10; int b[5]; // 在这里进行其他操作}在这个函数中，a是一个简单的int类型局部变量，b是一个包含 5 个int元素的局部数组。当function函数被调用时，编译器会在栈上为a和b分配足够的空间。当函数执行结束后，这些空间会自动被释放。
?2.静态内存管理（全局和静态变量）
全局变量、静态局部变量和静态数据成员使用这种分配方式。
静态内存管理在程序启动时就已经将内存确定好
全局变量： 全局变量是在函数体外定义的变量。它们存储在全局 / 静态存储区。全局变量的作用域是从定义位置开始到整个文件结束（可以通过extern关键字扩展其作用域到其他文件）。其内存空间在程序启动时就已经分配好，并且在整个程序运行期间都存在。例如：
int global_variable = 10;void function() { // 在这里可以访问和修改global_variable global_variable++;}静态变量： 静态变量分为静态局部变量和静态全局变量。静态局部变量是在函数内部定义的静态变量。它的特点是只在第一次进入函数时初始化，并且在函数调用结束后仍然保留其值。例如：
void function() { static int static_local_variable = 5; // 每次调用function函数，这个变量的值都会保留 static_local_variable++;}
?3.动态内存管理（堆内存）
使用new 和 delete 操作符（对于对象）或 malloc 和 free 函数（对于原始内存）进行分配和释放。分配和释放由程序员显式控制。存储在堆（heap）上。 动态内存管理较为重要，单独在下面拿出一个章节来讲解
四、C++ 动态内存管理方式
?1.new 和 delete 的用法
new 操作符
基本用法： new 用于在堆上分配内存。当你需要一个动态分配的单个对象时，可以使用new。例如，要在堆上分配一个int类型的变量，可以写成int* p = new int;。这会在堆中找到一块足够存储int类型数据的空间，并返回该空间的指针，将其存储在p中。你还可以在分配内存的同时进行初始化，如int* q = new int(5);，这样就创建了一个值为 5 的int变量。 #include <iostream>int main() { // 使用new分配一个int类型内存空间并赋值 int* p = new int(5); std::cout << "通过new分配的int值为: " << *p << std::endl; // 释放内存 delete p; return 0;} 分配对象数组： 如果要分配一个对象数组，使用new[]操作符。例如，int* arr = new int[10];会在堆上分配一个包含 10 个int元素的数组，并返回数组的首地址。对于自定义类型的数组，例如class MyClass，MyClass* myArr = new MyClass[5];会调用默认构造函数来初始化数组中的每个元素。
#include <iostream>class MyClass {public: MyClass(int value) : data(value) {} int getData() const { return data; }private: int data;};int main() { // 使用new[]分配包含3个MyClass对象的数组 MyClass* myArr = new MyClass[3]; // 简单赋值 for (int i = 0; i < 3; ++i) { myArr[i].data = i + 1; } // 输出数组对象数据 for (int i = 0; i < 3; ++i) { std::cout << "数组中第 " << i + 1 << " 个MyClass对象的数据为: " << myArr[i].getData() << std::endl; } // 释放数组内存 delete[] myArr; return 0;}delete 操作符
基本用法： 与new相对应，delete用于释放由new分配的单个对象的内存。例如，对于前面通过new分配的int* p，在使用完后应该使用delete p;来释放内存。如果忘记释放，就会导致内存泄漏。 #include <iostream>int main() { int* p = new int(5); std::cout << "通过new分配的int值为: " << *p << std::endl; // 释放内存，这里使用delete delete p; return 0;}new[]分配的数组时，需要使用delete[]操作符。例如，对于int* arr = new int[10];，应该使用delete[] arr;来正确释放数组所占用的内存。如果错误地使用delete（而不是delete[]）来释放数组，会导致程序出现未定义行为。 #include <iostream>class MyClass {public: MyClass(int value) : data(value) {} int getData() const { return data; }private: int data;};int main() { MyClass* myArr = new MyClass[3]; for (int i = 0; i < 3; ++i) { myArr[i].data = i + 1; } for (int i = 0; i < 3; ++i) { std::cout << "数组中第 " << i + 1 << " 个MyClass对象的数据为: " << myArr[i].getData() << std::endl; } // 释放数组内存，这里使用delete[] delete[] myArr; return 0;}?2. 使用 new 和 delete 的注意事项
内存泄漏： 最常见的问题是内存泄漏。如果在程序中使用new分配了内存，但没有使用delete（或delete[]）来释放，那么这块内存将一直被占用，直到程序结束。随着程序的运行，内存泄漏可能会导致系统内存耗尽。例如： void leakyFunction() { int* p = new int; // 忘记释放p指向的内存}多次释放： 另一个严重的问题是多次释放同一块内存。这也会导致程序出现未定义行为。例如：
void wrongDelete() { int* p = new int; delete p; // 错误地再次释放p指向的内存 delete p;} 指针初始化和赋值： 在使用new分配内存后，一定要确保指针正确地指向分配的内存。并且，在使用delete后，最好将指针赋值为nullptr，这样可以避免意外地使用已经释放的指针。例如：
void safeDelete() { int* p = new int; // 使用p... delete p; p = nullptr;} 对象的构造和析构顺序： 当使用new[]分配对象数组时，会调用每个对象的构造函数来初始化。同样，在使用delete[]释放数组时，会调用每个对象的析构函数。如果对象的构造和析构函数中有一些复杂的逻辑，比如资源的获取和释放，需要确保它们的正确执行顺序。
?3. new、delete 与 malloc、free 的区别
功能和语法： new/delete： new 和 delete 是 C++ 特有的操作符，它们除了分配和释放内存外，还会调用对象的构造函数和析构函数。new 的语法更简洁，对于对象的初始化也更加方便。例如，new可以直接在分配内存的同时进行初始化，而delete在释放内存时会自动调用对象的析构函数。new和delete是运算符，它们的操作是基于类型的，这使得代码更具类型安全性。malloc/free： malloc 和 free 是 C 语言中的函数，用于在堆上分配和释放内存。malloc 只是简单地分配指定大小的内存块，例如void* p = malloc(sizeof(int));，它返回一个void*类型的指针，需要手动进行类型转换。free 函数只是释放由 malloc 分配的内存，不会调用对象的构造函数或析构函数。类型安全性： new/delete： 由于 new 和 delete 是基于类型的操作符，它们提供了更好的类型安全性。例如，new会根据要分配对象的类型来确定所需的内存大小，并且在编译时就可以检查类型相关的错误。如果试图用错误的类型指针来使用delete，编译器可能会发出警告。malloc/free： malloc 和 free 的类型安全性相对较差。因为 malloc 返回的是一个void*指针，需要程序员手动进行类型转换。如果转换错误，可能会导致程序出现未定义行为，而且编译器很难在编译时发现这种错误。异常处理和错误返回： new/delete： 在 C++ 中，如果new分配内存失败（例如系统内存不足），会抛出一个bad_alloc类型的异常。这使得程序可以通过异常处理机制来应对内存分配失败的情况。delete本身不会返回错误码，但是如果在错误的情况下使用（如释放未分配的内存或者多次释放同一块内存），会导致程序出现未定义行为。malloc/free： malloc 在内存分配失败时返回nullptr，程序员需要检查这个返回值来确定是否分配成功。如果没有检查，使用nullptr指针可能会导致程序崩溃。free 在释放内存时不会返回错误码，同样，如果错误地使用会导致未定义行为。
五、内存管理注意事项
1.避免内存泄漏：
确保在不再需要使用动态分配的内存时，及时使用delete或delete[]释放内存。例如，在使用完一个动态分配的对象后，一定要释放它的内存： MyClass* obj = new MyClass();// 使用 objdelete obj;
2.防止悬空指针：
悬空指针是指指向已被释放的内存的指针。避免在释放内存后继续使用该指针。例如：int* ptr = new int(10);delete ptr;// 这里 ptr 就成为了悬空指针，不能再使用它
3.注意内存分配失败：
new操作可能会失败，返回nullptr。在使用动态分配的内存之前，应该检查是否分配成功。例如： int* ptr = new int(10);if (ptr == nullptr) { std::cout << "Memory allocation failed." << std::endl;} else { // 使用 ptr delete ptr;}
4.避免内存碎片：
频繁的动态内存分配和释放可能会导致内存碎片，降低内存的可用性。可以考虑使用内存池等技术来减少内存碎片。
总之，C++ 的内存管理需要程序员谨慎处理，以确保程序的正确性和性能。
理解 C++ 的内存区域划分、管理方式以及注意事项，对于编写高质量的 C++ 程序至关重要。
本文完。
我的博客即将同步至腾讯云开发者社区，邀请大家一同入驻：https://cloud.tencent.com/developer/support-plan?invite_code=nhl9kkcrfoft