从C到C++再到Obj-C内存管理学习笔记（二）

上一篇讲完内存管理相关概念之后，这一篇重点介绍内存堆栈、malloc()-free()a、new-delete的使用及实现过程。

首先，我们必须知道的是，每个程序在内存中分为几个存储区，静态存储区，堆栈，堆，自由存储区、常量存储区及程序二进制代码的存储区。还有就是CPU的寄存器。如下图所示：

静态存储区：存放上一篇中提到的静态变量，包括静态全局变量、静态内部变量、静态局部变量，这些变量在程序编译时被存放到静态存储区。

常量存储区：主要存放程序中涉及到的常量，比如字符串常量就是存放在这个区。

寄存器：寄存器可以放到这里面也可以不包括，因为他是属于CPU的，为了全面，我还是把他包括进来了。

程序二进制代码区：主要存放的是程序代码被编译器转化而成的二进制代码。

栈区：堆栈区存放的是自动变量在嵌套的代码块结构中，每定义一个变量就往栈里添加变量，其大小一般为1M。代码块结束时局部变量弹出。值得注意的是，这里的弹出并非变量真的从栈中弹出，而是栈顶指针向下移动，原先的变量不销毁，等到有新的自动变量进栈时，进行覆盖，指针向上移动。如下图所示：

需要注意的是，当我们调用递归函数时，如果递归层次太深，超过栈的内存上限时，便出现栈溢出。

堆区：堆区一般是用来存放我们动态分配的变量，如用malloc()及new分配到的内存。如malloc向堆区发起指定大小的内存申请，如果堆区有足够的内存空间便返回相应的地址空间，不成功时操作将等待有内存归还。如下图所示：

值得注意的是，堆区的内存分配是通过一张空闲链表来实现的，申请的时候，如果空闲链表的大小比所申请的空间大，则返回相应的内存区间，否则申请不成功。

当代码中通过free()、delete释放内存时，相应的内存返回给空闲链表，空闲链表再将其组织起来，等待下一次的申请。

堆区内存分配的特点是分配快回收慢，适合大内存的对象。

相比起栈区，堆区主要靠手动管理，而栈区自动管理；堆区最大可以到4G，而栈区只有1M；堆区在内存管理上存在大量内存碎片，栈区几乎没有碎片；堆区需要组织内存空间，效率比起栈区也低。

下面再介绍下关于malloc()，calloc()，realloc()的区别：

malloc()只有一个参数，就是所需要的内存空间，申请完不初始化；

calloc()有两个参数，一个是内存空间的个数，另一个是每个内存空间的大小，申请完每位会自动初始化为0；

realloc()是对内存大小重新分配，如果新申请的内存比原来的大则返回原来的地址，新增加的地址不初始化，如果是减少则会返回新的内存地址。

值得注意的是，在使用malloc()时，要记得使用free()适时释放废弃的变量空间，否则会内存泄露。除非在接近程序结束时可以不free()，程序结束后所有内存自动清空。

下面介绍有关new操作。new是C++的关键字，在C语言中没有。

在C++中对类对象使用new时，会执行三个步骤：

1.在堆中申请内存空间；

2.执行构造函数；

3.返回对象。

需要动态分配内存时使用new或new []，不需要的时候使用delete或delete[]释放内存，这样做防止内存泄露。

除了常规的new之外，还可以通过布局new来手动分配内存及内存位置。如：

char buffer[512];

double *p;

p = new (位移量+N*sizeof(double)) double[N];

代码中创建了一个缓冲区，使用布局new在缓冲区上的指定位置(位移量的位置)分配内存空间，与常规new操作不同，布局new操作不知道哪些内存被使用，所以这就需要程序猿自己管理内存位置。

还有一点需要注意的是使用布局new时，如果缓冲区不是动态分配的，那么不能用delete p[]之类的操作释放内存，所申请的内存会随着缓冲区（自动变量）的释放而释放。只有当缓冲区也是动态分配时才可以用delete释放内存空间。