C++ 静态内存分配与动态内存分配(栈 & 堆)
区别
1)静态内存分配是在编译期完成的,不占用CPU资源;动态内存分配是在运行时完成的,分配和释放需要占用CPU资源;
2)静态内存分配是在栈上分配的;动态内存分配是在堆上分配的;
3)静态内存分配不需要指针或引用类型的支持;动态内存分配需要;
4)静态内存分配在编译前确定内存块的大小;动态内存分配是按需分配的;
5)静态内存分配是把内存的控制权交给了编译器;动态内存分配是把内存的控制权给了程序员;
6)静态内存分配的运行效率比动态内存分配高,动态内存分配不当可能造成内存泄漏。
类如何实现只能静态分配和只能动态分配?
1) 前者是把new、delete运算符重载为private属性。后者是把析构函数设为protected属性,再用子类来动态创建。
2) 建立类的对象有两种方式:
① 静态建立,静态建立一个类对象,就是由编译器为对象在栈空间中分配内存;
② 动态建立,A *p = new A();动态建立一个类对象,就是使用new运算符为对象在堆空间中分配内存。这个过程分为两步,第一步执行operator new()函数,在堆中搜索一块内存并进行分配;第二步调用类构造函数构造对象;
3) 只有使用new运算符,对象才会被建立在堆上,因此只要限制new运算符就可以实现类对象只能建立在栈上。可以将new运算符设为私有。
4) 类对象只能通过new运算符建立在堆空间中,不能静态分配,即不能直接调用类的构造函数。
怎样才能实现类的构造函数不能被直接调用呢?首先想到的就是将类的构造函数设为private,这样就无法在类外部调用构造函数来构造对象了,只能使用new运算符。但是,这种做法行不通。为什么???因为前边已经说过,new运算符过程分为两步,C++提供new运算符的重载,其实只允许重载operator new( )函数,而operator()函数用于内存分配,无法提供构造函数功能。因此,将构造函数设为private不可行。
从另外一个角度分析,对象静态分配时,是由编译器负责分配内存空间的,调用构造函数在栈空间中构造对象。当对象使用完毕,编译器又会调用析构函数来释放栈空间中的类对象。如果编译器无法调用类的析构函数,会怎样呢?其实,编译器在为类对象分配栈空间时,会先检查类的析构函数的访问性(其实不光是析构函数,只要是非静态的函数,编译器都会进行检查)。如果类的析构函数在类外部无法访问,则编译器拒绝在栈空间上为类对象分配内存。
因此,可以将析构函数设为private,这样就无法在栈上建立类对象了。实现如下:
class A { public: A(){} void destory(){delete this;} private: ~A(){} };
这样在使用A a; 来建立对象时会编译错误,提示析构函数无法访问。这样就只能用new运算符来建立对象了,并且构造函数可以调用,因为是public。但是必须提供一个destory函数来实现内存空间的释放。
上面的方法虽然能实现只能动态建立对象,但是有一个缺点:无法实现继承。因为如果A作为基类的话,则析构函数通常要设为virtual,然后在子类中被重写,以实现多态。因此析构函数不能设为private。为了解决这个问题该怎么办呢?别忘了,C++还提供了第三种访问控制,就是protected。将析构函数设为protected,类外无法访问protected成员,但是子类可以访问。完美解决问题。实现如下:
class A { protected: A(){} ~A(){} public: static A* create(){return new A();} void destory(){delete this;} };
增加create函数是为了让代码看起来更统一,调用create函数在堆上创建类A对象,调用destory函数来释放内存。