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前言
大家好，我是只讲技术干货的会玩code，今天是【重学C++】的第一讲，我们来学习下C++的内存管理。
内存分区
在C++中，将操作系统分配给程序的内存空间按照用途划分了代码段、数据段、栈、堆几个不同的区域，每个区域都有其独特的内存管理机制。
代码区
由于代码区是只读的，所以会被多个进程共享。在多个进程同时执行同一个程序时，操作系统只需要将代码段加载到内存中一次，然后让多个进程共享这个内存区域即可。
数据段
栈
C++中函数调用以及函数内的局部变量的使用，都是通过栈这个内存分区实现的。栈分区由操作系统自动分配和释放，是一种"后进先出"的一种内存分区。每个栈的大小是固定的，一般只有几MB，所以如果栈变量太大，或者函数调用嵌套太深，容易发生栈溢出（stack overflow）。
#include <iostream>
void inner(int a {
std::cout << a << std::endl;
}
void outer(int n {
int a = n + 1;
inner(a;
}
int main( {
outer(4;
}
上面这段代码运行过程中的栈变化如下图
本地变量是直接存储在栈上的，当函数执行完成后，这些变量占用的内存就会被释放掉了。前面例子中的本地变量是简单类型，在C++中称为POD类型。对于带有构造和析构函数的非POD类型变量，栈上的内存分配同样有效。编译器会在合适的时机，插入对构造函数和析构函数的调用。
答案是会的，C++对于发生异常时对析构函数的调用称为"栈展开"。通过下面这段代码演示栈展开。
#include <iostream>
#include <string>
class Obj {
public:
std::string name_;
Obj(const std::string& name:name_(name{std::cout << "Obj( " << name_ << std::endl;};
~Obj( {std::cout << "~Obj( " << name_ << std::endl;};
};
void bar( {
auto o = Obj{"bar"};
throw "bar exception";
}
int main( {
try {
bar(;
} catch (const char* e {
std::cout << "catch Exception: " << e << std::endl;
}
}
执行代码的结果是:
Obj( bar
~Obj( bar
catch Exception: bar exception
可以发现，发生异常时，bar函数中的本地变量o还是能被正常析构。
- 程序抛出异常，停止当前执行的调用链，开始寻找与异常匹配的catch子句。
- 如果异常发生在try中，则会首先检查与该try块匹配的catch子句。如果异常所在函数体没有try捕获异常。则会直接进入下一步。
- 如果第二步未找到匹配的catch，则会在外层的try块中查找，直到找到为止。
- 如果到了最外层还没有找到匹配的catch，也就是说异常得不到处理，程序会调用标准库函数terminate终止函数的执行。
在这期间，栈上所有的对象都会被自动析构。
堆
堆内存由程序员手动分配和释放，因此使用堆内存需要注意内存泄漏和内存溢出等问题。当程序员忘记释放已分配的内存时，会导致内存泄漏问题。而当申请的堆内存超过了操作系统所分配给进程的内存限制时，会导致内存溢出问题。
还是上代码
#include <iostream>
#include <string>
class Obj {
public:
std::string name_;
Obj(const std::string& name:name_(name{std::cout << "Obj( " << name_ << std::endl;};
~Obj( {std::cout << "~Obj( " << name_ << std::endl;};
};
Obj* makeObj( {
Obj* obj = nullptr;
try {
obj = new Obj{"makeObj"};
...
} catch(... {
delete obj;
throw;
}
return obj;
}
Obj* foo( {
Obj* obj = nullptr;
try {
obj = makeObj(;
...
} catch(... {
delete obj;
}
return obj;
}
int main( {
Obj* obj = foo(;
...
delete obj;
}
可以看到，由makeObj函数创建的堆变量obj, 在每个获取该变量的上层调用中，都需要关心对该变量的处理。这无疑极大得增加了开发者的心智负担。
RAII
RAII利用栈对象在作用域结束后会自动调用析构函数的特点，通过创建栈对象来管理资源。在栈对象构造函数中获取资源，在栈对象析构函数中负责释放资源，以此保证资源的获取和释放。
#include <iostream>
class AutoIntPtr {
public:
AutoIntPtr(int* p = nullptr : ptr(p {}
~AutoIntPtr( { delete ptr; }
int& operator*( const { return *ptr; }
int* operator->( const { return ptr; }
private:
int* ptr;
};
void foo( {
AutoIntPtr p(new int(5;
std::cout << *p << std::endl; // 5
}
int main( {
foo(;
}
上面例子中，AutoIntPtr类封装了一个动态分配的int类型的指针，它的构造函数用于获取资源(ptr = p，析构函数用于释放资源(delete ptr。当AutoIntPtr超出作用域时，自动调用析构函数来释放所包含的资源。
std::unique_ptr和std::shared_ptr等智能指针用于内存管理类，使得内存管理变得更加方便和安全。这些内存管理类可以自动进行内存释放，避免了手动释放内存的繁琐工作。值得一提的是，上面的AutoIntPtr就是一个简化版的智能指针了。
总结
本文介绍了C++中的内存管理机制，包括内存分区、栈、堆和RAII技术等内容。通过学习本文，我们可以更好地掌握C++的内存管理技巧，避免内存泄漏和内存溢出等问题。