在C++里，内存主要被划分成栈和堆这两个区域，它们在存储方式、生命周期以及内存管理方面存在明显差异。
一、栈内存与自动变量
特点
- 自动分配与释放：当进入一个代码块时，栈上的变量会自动被创建；离开这个代码块时，这些变量又会自动被销毁。
- 高效快速：栈内存的分配和释放是通过移动栈指针来实现的，速度非常快。
- 空间受限：栈的空间大小是有限的，如果存储的数据量过大，就容易导致栈溢出。
- 后进先出（LIFO）：栈遵循后进先出的原则，最后被压入栈的变量会最先被弹出。
示例
void func() {
int a = 10; // 自动变量（栈分配）
std::string s = "hi"; // 栈上的对象
// 离开作用域时，a和s会被自动销毁
}
注意要点
- 生命周期：自动变量的生命周期仅限于定义它们的代码块。
- 性能表现：由于栈操作的高效性，频繁创建和销毁的小对象适合存放在栈上。
- 作用域规则：在代码块外部无法访问在代码块内部定义的自动变量。
二、堆内存与动态内存分配
特点
- 手动管理：使用
new来分配堆内存，使用delete来释放堆内存。 - 灵活但有风险：堆内存的使用更加灵活，然而如果没有正确释放内存，就会造成内存泄漏。
- 空间较大：和栈相比，堆的可用空间要大得多，不过分配速度相对较慢。
- 随机访问：可以按照任意顺序分配和释放堆内存。
示例
void dynamicMemoryExample() {
int* ptr = new int(42); // 在堆上分配一个整数
delete ptr; // 释放堆内存
// 数组的动态分配
int* arr = new int[10];
delete[] arr; // 释放数组内存
}
注意要点
- 内存泄漏：如果使用
new分配了内存却忘记使用delete释放，就会导致内存泄漏。 - 悬空指针：在释放内存之后，如果仍然保留指向该内存的指针，就会形成悬空指针。
- 异常安全：在发生异常的情况下，可能会导致内存无法被正确释放。
三、智能指针（推荐做法）
C++11引入了智能指针，它能够自动管理堆内存，有效避免内存泄漏。
#include <memory>
void smartPointerExample() {
// 独占所有权的智能指针
std::unique_ptr<int> uptr = std::make_unique<int>(42);
// 共享所有权的智能指针
std::shared_ptr<int> sptr = std::make_shared<int>(100);
// 当引用计数为0时，内存会被自动释放
}
四、栈与堆的对比
| 特性 | 栈 | 堆 |
|---|---|---|
| 分配方式 | 自动分配和释放 | 手动使用new和delete进行管理 |
| 性能 | 非常快 | 较慢 |
| 空间大小 | 有限（通常为几MB） | 较大（受限于系统内存） |
| 内存布局 | 连续的，后进先出 | 不连续，可能会产生内存碎片 |
| 生命周期 | 由作用域决定 | 由程序员手动控制 |
| 使用场景 | 小对象、局部变量 | 大对象、需要动态调整大小的对象 |
五、最佳实践建议
- 优先使用栈：对于小对象和局部变量，优先考虑使用栈分配，这样可以减少内存管理方面的负担。
- 利用智能指针：使用
std::unique_ptr、std::shared_ptr来自动管理堆内存，降低内存泄漏的风险。 - 避免数组的动态分配：可以使用
std::vector或者std::array来替代手动管理的数组。 - 谨慎使用原始指针：只有在必要的情况下才使用原始指针进行内存管理。
六、常见错误示例
// 错误示例：内存泄漏
void leakExample() {
int* ptr = new int(10);
// 忘记 delete ptr;
}
// 错误示例：悬空指针
void danglingPtrExample() {
int* ptr = new int(42);
delete ptr;
// ptr 现在是悬空指针
*ptr = 100; // 未定义行为
}