C++内存管理
内存管理是C++最令人头痛的问题，也是C++最有争议的地方。C++高手从中获得了更好的性能，更大的自由，C++菜鸟获取的则是一遍一遍的检查代码。而这一切都源于C++内存管理的灵活性，其多样的内存分配方式就是其灵活性的最好例证之一。
一个程序要运行，就必须先将可执行的程序加载到计算机内存里，程序加载完毕后，会形成一个运行空间，并按照下图所示进行布局。
- 代码区：存放的是程序的执行代码；
- 数据区：存放的是全局数据、常量、静态变量等；
- 堆区：存放的是动态内存，供程序随机申请使用；
- 栈区：存放的是程序中所用到的局部数据。
这些数据可以动态地反应程序中对函数的调用状态，通过其轨迹也可以研究其函数机制。其中，除了代码区不是我们能在代码中直接控制的，剩余三块都是我们编码过程中可以利用的。
在C++中，数据区又被分成自由存储区、全局/静态存储区和常量存储区，再加上堆区、栈区，也就是说内存被分成了5个区。这5种不同的分区各有所长，适用于不同的情况。
C++的内存分配方式
栈区
在执行函数时，函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建，函数执行结束时这些存储单元将自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率很高，但是所分配的内存容量有限。
堆区
堆是操作系统中的术语，是操作系统所维护的一块特殊内存，用于程序的内存动态分配，C语言使用malloc从堆上分配内存，使用free释放已分配的对应内存。
自由存储区
自由存储区是C++基于new操作符的一个抽象概念，凡是通过new操作符进行内存申请，该内存即为自由存储区。
那么自由存储区是否能够是堆（问题等价于new是否能在堆上动态分配内存），这取决于operator new 的实现细节。自由存储区不仅可以是堆，还可以是静态存储区，这都看operator new在哪里为对象分配内存。
可以参考C++ 自由存储区是否等价于堆？这篇文章。
全局/静态存储区
全局变量和静态变量被分配到同一块内存中，在以前的C语言中，全局变量又分为初始化的和未初始化的，在C++里面没有作此区分，它们共同占用同一块内存区。
常量存储区
比较特殊，里面存放的是常量，不允许修改。
堆与栈的区别
上述5种分区中，最常用的就是堆和栈了，最容易混淆的也是它们。所以搞清楚堆和栈的区别是很有必要的。它们的区别主要有以下几个方面
管理方式
栈是由编译器自动管理的，无须手工控制；堆的释放工作由程序员控制，容易产生内存泄漏。
空间大小
一般来说在32位系统下，堆内存可以达到4GB（2^32B = 4 * 2^30B = 4GB）的空间，从这个角度来看堆内存几乎是没有什么限制的。但是对于栈来讲，一般都是有一定空间大小的。例如，VS2017默认栈空间大小是1M。
碎片问题
对堆来讲，频繁的new/delete会造成内存空间的不连续，从而产生大量的碎片，使程序效率降低。对于栈来讲，则不存在这个问题，因为栈是队列，其中的数据必须遵循先进后出的规则，相互之间紧密排列，绝不会留给其他数据可插入之空隙，所以永远都不可能有一个内存块从栈中间弹出。
生长方向
对于堆来讲，其生长方向是向上的，也就是向着内存地址增加的方向增长；对于栈来讲，它的生长方向是向下的，是向着内存地址减小的方向增长的。
分配方式
堆都是动态分配的，没有静态分配的堆。栈有两种分配方式：静态分配和动态分配。静态分配是编译器完成的，比如局部变量的分配。动态分配由alloca函数完成，但是栈的动态分配和堆是不同的，它的动态分配是由编译器进行释放的，无须我们手工实现。
分配效率
栈是系统提供的数据结构，计算机会在底层对栈提供支持：它会分配专门的寄存器存放栈的地址，而且压栈出栈都会有专门的指令来执行，这就决定了栈的效率比较高。堆则是C/C++函数库提供的，它的机制很复杂，例如为了分配一块内存，库函数会按照一定的算法（具体的算法可以参考数据结构/操作系统）在堆内存中搜索可用的足够大小的空间，如果没有足够大小的空间（可能是由于内存碎片太多），则可能调用系统功能去增加程序数据段的内存空间，这样就有机会分到足够大小的内存了，然后返回。显然，堆的效率比栈要低得多。
总结
堆和栈相比，由于堆使用了大量new/delete，容易造成大量的内存碎片，而且它没有专门的系统支持，效率很低，另外它还可能引发用户态和核心态的切换，以及内存的申请，代价会变得很高。所以栈在程序中是应用最广泛的，就算是函数的调用也会利用栈去完成，函数调用过程中的参数、返回的地址、EBP和局部变量都是采用栈的方式存放的。所以，推荐大家尽量多用栈，而不是用堆。
虽然栈有如此多的好处，但是由于和堆相比它不是那么灵活，有时候会分配大量的内存空间，在遇到这种情况时还是用堆好一些。
常见的内存处理规则
【规则1】用malloc或new申请内存之后，应该立即检查指针值是否为NULL。防止使用指针值为NULL的内存。
【规则2】不要忘记为数组和动态内存赋初值。防止将未被初始化的内存作为右值使用。
【规则3】避免数组或指针的下标越界，特别要当心发生“多1”或者“少1”操作。
【规则4】动态内存的申请与释放必须配对，防止内存泄漏。
【规则5】用free或delete释放了内存之后，立即将指针设置为NULL，防止产生“野指针”。
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