1. c++內存管理

c++在運行程序時，內存被分為幾個不同的區域，每個區域負責不同的任務。c++程序使用的分區一般包括：棧區、堆區、全局/靜態變量存儲區、常量存儲區、代碼區。

區域名	存放的數據	生命周期
棧區	局部變量、函數參數、函數返回值	棧上的變量?命周期與其所在函數的執?周期相同
堆區	動態分配的內存new、malloc	?命周期由程序員顯式控制
全局/靜態存儲區	全局變量和靜態變量	整個程序運行期間
常量區	常量，不允許修改	程序運行結束自動釋放
代碼區	代碼

• 棧區：
  • 由編譯器自動存放和釋放，棧空間在進程生存周期一直都存在，當進程退出時，操作系統才會對棧空間進行回收。
  • 存放局部變量 、函數參數、函數返回值；
  • 函數的調用和返回通過棧來管理；

局部變量：
在函數或一個代碼塊內部聲明的變量，稱為局部變量。
它們只能被函數內部或者代碼塊內部的語句使用。

• 堆區：

  • 堆?于存儲動態分配的內存的區域，由程序員?動分配和釋放；
  • 使? new 和 delete 或 malloc 和 free 來進?堆內存的分配和釋放；

• 全局/靜態存儲區：

  • ?命周期是整個程序運?期間；
  • 在程序啟動時分配，程序結束時釋放；
  • 全局區存儲全局變量和靜態變量；

全局變量：
在所有函數外部定義的變量（通常是在程序的頭部），稱為全局變量。
全局變量的值在程序的整個生命周期內都是有效的。靜態變量：
在函數體內聲明一個靜態局部變量( Static Local Variable )。
它在函數運行結束后不會消失，并且只有聲明它的函數中能夠使用它。
聲明一個靜態局部變量的方法是在聲明局部變量前加上 static。

• 常量區：

  • 存放的是常量，不允許修改，程序運行結束自動釋放。

• 代碼區：

  • 存放代碼，不允許修改，但可以執行。編譯后的二進制文件存放在這里。

示例：

#include <iostream>
using namespace std;
/*
說明：C++ 中不再區分初始化和未初始化的全局變量、靜態變量的存儲區，如果非要區分下述程序標注在了括號中
*/
int g_var = 0; // g_var 在全局區（.data 段）
char *gp_var;  // gp_var 在全局區（.bss 段）int main()
{int var;                    // var 在棧區char *p_var;                // p_var 在棧區char arr[] = "abc";         // arr 為數組變量，存儲在棧區；"abc"為字符串常量，存儲在常量區char *p_var1 = "123456";    // p_var1 在棧區；"123456"為字符串常量，存儲在常量區static int s_var = 0;       // s_var 為靜態變量，存在靜態存儲區（.data 段）p_var = (char *)malloc(10); // 分配得來的 10 個字節的區域在堆區free(p_var);return 0;
}作者：LeetCode
鏈接：https://leetcode.cn/leetbook/read/cmian-shi-tu-po/vv6a76/
來源：力扣（LeetCode）
著作權歸作者所有。商業轉載請聯系作者獲得授權，非商業轉載請注明出處。

2. 堆與棧

棧和堆都是?于存儲程序數據的內存區域。棧是?種有限的內存區域，?于存儲局部變量、函數調?信息等。
堆是?種動態分配的內存區域，?于存儲程序運?時動態分配的數據。
棧上的變量?命周期與其所在函數的執?周期相同，?堆上的變量?命周期由程序員顯式控制，可以（使? new 或 malloc ）和釋放（使? delete 或 free ）。
棧上的內存分配和釋放是?動的，速度較快。?堆上的內存分配和釋放需要?動操作，速度相對較慢。

• 申請方式：棧中存放的變量在編譯時由編譯器為其在棧上分配了空間，釋放時也由于函數調用的返回，棧的空間會自動進行回收。堆中存放的變量由程序運行時決定的，會有操作系統或者內存管理模塊來進行分配的。

3.變量定義與生命周期

c/c++變量有兩個非常重要的屬性生命周期和作用域，這兩個屬性分別從時間和空間兩個維度描述一個變量。

• 作用域：作用域即一個變量可以被引用的范圍，常見的作用域可分為 6 種：全局作用域，局部作用域，語句作用域，類作用域，命名空間作用域和文件作用域。

  • 全局變量：具有全局作用域。只需要在一個源文件里定義，就可以作用于所有源文件。其他不包含全局變量定義的源文件，需要用extern關鍵字在次聲明全局變量 。
  • 靜態全局變量：具有文件作用域。它作用于定義它的文件里，不能作用到其它文件里，即被 static 關鍵字修飾過的變量具有文件作用域。這樣即使兩個文件里定義了相同名字的全局靜態變量，它們也不是相同的變量。
  • 局部變量：具有局部作用域。僅作用在函數內部，對于函數外部的程序來說不可見。
  • 局部靜態變量：具有局部作用域，它只被初始化一次，只對定義自己的函數體始終可見, 只有定義該變量的函數內部可以使用訪問和修改該變量。

• 生命周期：變量可以被引用的時間段（變量的存在時間）

  • 全局變量：整個程序運行期間都會一直存在，都可以隨時訪問，當程序結束時，對應的變量則會自動銷毀，內存會被系統回收。
  • 局部變量：生命周期僅限于函數被調用階段，調用結束，該變量會自動銷毀。
  • 局部靜態變量：整個程序運行期間一直存在，只能被初始化一次。

• 注意：

  • 全局變量定義在不要在頭文件中定義：如果在頭文件中定義全局變量，當該頭文件被多個文件 include 時，該頭文件中的全局變量就會被定義多次，編譯時會因為重復定義而報錯，因此不能再頭文件中定義全局變量。一般情況下我們將變量的定義放在 .cpp 文件中，一般在 .h 文件使用extern 對變量進行聲明。

4.內存對齊

• 什么是內存對齊：內存對?是指數據在內存中的存儲起始地址是某個值的倍數。
  • ?多數計算機硬件要求基本數據類型的變量在內存中的地址是它們??的倍數。例如，?個 32 位整數通常需要在內存中對?到 4 字節邊界。
  • 內存對?可以提?訪問內存的速度。當數據按照硬件要求的對??式存儲時，CPU可以更?效地訪問內存，減少因為不對??引起的性能損失。
  • 許多計算機體系結構使?緩存?（cache line）來從內存中加載數據到緩存中。如果數據是對?的，那么?個緩存?可以裝載更多的數據，提?緩存的命中率。
  • 有些計算機架構要求原?性操作（?如原?性讀寫）必須在特定的內存地址上執?。如果數據不對?，可能導致?法執?原?性操作，進?引發競態條件。

5.內存泄露

• 什么是內存泄露：內存泄漏并非指內存從物理上消失，而是指程序在運行過程中，由于疏忽或錯誤而失去了對該內存的控制，從而造成了內存的浪費。
• 內存分類：
  • 堆內存泄漏：堆是動態分配的，一旦用戶申請了內存分配而為及時釋放，那么該部分內存在整個程序運行周期內都是被占用的，其他程序無法再使用這部分內存。我們在調用過程中使用 malloc、calloc、realloc、new 等分配內存時，使用完后要調用相應的 free 或 delete 釋放內存，否則這塊內存就會造成內存泄漏。
  • 系統資源泄露：主要指程序使?系統分配的資源?如 Bitmap,handle ,SOCKET 等沒有使?相應的函數釋放掉，導致系統資源的浪費，嚴重可導致系統效能降低，系統運?不穩定。
  • 沒有將基類的析構函數定義為虛函數：
    當基類指針指向?類對象時，如果基類的析構函數不是 virtual，那么?類的析構函數將不會被調?，?類的資源沒有正確是釋放，因此造成內存泄露。
• 什么操作導致內存泄漏：指針指向改變，未釋放動態分配內存。
• 如何防止內存泄漏：將內存的分配封裝在類中，構造函數分配內存，析構函數釋放內存；使?智能指針。
• 智能指針有了解哪些：智能指針是為了解決動態分配內存導致內存泄露和多次釋放同?內存所提出的，C11標準中放在<memory>頭?件。包括:共享指針，獨占指針，弱指針。
• 構造函數，析構函數要設為虛函數嗎，為什么？
  （1）析構函數
  析構函數需要。當派?類對象中有內存需要回收時，如果析構函數不是虛函數，不會觸發動態綁定，只會調?基類析構函數，導致派?類資源?法釋放，造成內存泄漏。
  （2）構造函數
  構造函數不需要，沒有意義。虛函數調?是在部分信息下完成?作的機制，允許我們只知道接??不知道對象的確切類型。 要創建?個對象，你需要知道對象的完整信息。 特別是，你需要知道你想要創建的確切類型。 因此，構造函數不應該被定義為虛函數。

6.智能指針

智能指針?于管理動態內存的對象，其主要?的是在避免內存泄漏和?便資源管理。

• std::unique_ptr 獨占智能指針
• std::shared_ptr 共享智能指針
• std::weak_ptr 弱引?智能指

7.new 和 malloc 有什么區別

	new	malloc
類型安全性	是C++的運算符，可以為對象分配內存并調?相應的構造函數。	是C語?庫函數，只分配指定??的內存塊，不會調?構造函數。
返回值	返回的是具體類型的指針，?且不需要進?類型轉換。	返回的是 void* ，需要進?類型轉換，因為它不知道所分配內存的?途。
內存分配失敗	在內存分配失敗時會拋出 std::bad_alloc 異常。	在內存分配失敗時返回 NULL 。
內存塊大小	可以?于動態分配數組，并知道數組??。	只是分配指定??的內存塊，不了解所分配內存塊的具體?途。
釋放內存方式	會調?對象的析構函數，然后釋放內存。	只是簡單地釋放內存塊，不會調?對象的析構函數。

8.delete和free的區別

	delete	free
類型安全性	會調?對象的析構函數，確保資源被正確釋放。	不了解對象的構造和析構，只是簡單地釋放內存塊。
內存塊釋放后的?為	釋放的內存塊的指針值會被設置為 nullptr ，以避免野指針。	不會修改指針的值，可能導致野指針問題。
數組的釋放	可以正確釋放通過 new[] 分配的數組。	不了解數組的??，不適?于釋放通過 malloc 分配的數組

9.什么野指針，怎么產生的，如何避免野指針

野指針是指指向已被釋放的或?效的內存地址的指針。使?野指針可能導致程序崩潰、數據損壞或其他不可預測的?為。

怎么產生的野指針	真么避免野指針
指針沒有初始化	指針變量一定要初始化，可以初始化為nullptr
釋放后沒有置空指針	在釋放內存后將指針置為 nullptr
返回局部變量的指針	避免返回局部變量的指針
函數參數指針被釋放	避免函數參數指針被釋放
	使?智能指針（如 std::unique_ptr 和 std::shared_ptr ）
	注意函數參數的?命周期， 避免在函數內釋放調??傳遞的指針，或者通過引?傳遞指針

10.野指針和指針懸浮的區別

野指針是指向已經被釋放或者?效的內存地址的指針。通常由于指針指向的內存被釋放，但指針本身沒有被置為nullptr 或者重新分配有效的內存，導致指針仍然包含之前的內存地址。使?野指針進?訪問會導致未定義?為，可能引發程序崩潰、數據損壞等問題。
懸浮指針是指向已經被銷毀的對象的引?。當函數返回?個局部變量的引?，?調?者使?該引?時，就可能產?懸浮引?。訪問懸浮引?會導致未定義?為，因為引?指向的對象已經被銷毀，數據不再有效。

• 區別：

	野指針	懸浮指針
關聯對象類型	涉及指針類型	設計引用類型
問題表現	可能導致訪問已釋放或?效內存，引發崩潰或數據損壞	可能導致訪問已銷毀的對象，引發未定義?為
產?原因	野指針通常由于不正確管理指針?命周期引起	懸浮指針通常由于在函數中返回局部變量的引?引起
如何避免懸浮指針		避免在函數中返回局部變量的引?

11.字符串操作函數

• strcpy()： char * strcpy(char *dest, const char *src)
  把從src地址開始且含有’\0’結束符的字符串復制到以dest開始的地址空間，返回值的類型為char*

• strlen()：size_t strlen (const char *s)
  計算給定字符串的?度。

• strcat()：char * strcat(char *dest, const char *src)
  作?是把src所指字符串添加到dest結尾處。

• strcmp()：int strcmp(const char *s1, const char *s2)
  ?較兩個字符串設這兩個字符串為s1，s2，
  若s1 == s2，則返回零
  若s1 < s2，則返回負數
  若s1 > s2，則返回正數

參考

Leetcodec++面試突破

代碼隨想錄——最強八股文