1.2 C/C++ 内存

一、C++ 内存管理

程序的虚拟地址空间通常划分为：代码段、数据段、BSS 段、堆区、文件映射区、栈区。

（注意：段的划分由编译器决定，虚拟地址布局与物理内存分配由操作系统管理，这句话面试官是问过我的）

文件映射区：主要用于加载动态链接库，以及实现外存文件到虚拟地址空间的映射。

二、C 语言中，内存分配的方式有几种？

​ 1、静态存储区分配：内存分配在编译前完成，且在程序的整个运行期间存在。

​ 2、栈上分配：函数内的局部变量。

​ 3、堆上分配。

三、堆与栈的区别？

​ 1、申请方式上：栈自动分配，堆手动分配。

​ 2、申请大小限制：栈由高地址向低地址开辟，并且连续，但是空间小；堆由低地址向高地址开辟，不连续，但是大。

​ 3、申请效率：栈由系统自动分配，速度快；堆人为分配，速度慢。

​ 4、生命周期：堆需要手动释放，并且不受函数调用关系限制；栈自动释放。

​ 5、能否产生内存碎片：栈不会；堆可能会。

四、栈在 C 语言中有什么作用？

​ 1、可以用来存储临时变量，如，局部变量，函数参数，函数返回值，函数中的临时变量，寄存器值，函数返回地址等。

​ 2、栈是多线程编程的基石，每个线程都最少有一个专属的栈。

​ 3、中断和异常处理也有专属的栈。

五、C 语言函数参数的压栈顺序

​ C 语言采用自右向左的方式对函数参数压栈，这样处理起来比较方便，如 printf。

六、C++ 中拷贝赋值构造函数可以按值传递吗？

​ 不可以，如果按值传递，传入参数本身就是一个临时对象，那这样的话，需要先对函数参数对象进行拷贝复制构造函数，这样就会造成死循环。

七、内存泄露

​ 申请了一段堆空间，但在使用结束后并没有对其释放。虽然在程序结束后，系统可以对其释放，但在程序运行期间，这部分内存空间无法被其他进程申请。（所以这就引出了智能指针，关于智能指针的考点在后续章节）

八、内存溢出

​ 定义：程序在运行过程中尝试访问超过其分配内存空间范围的内存区域。

​ 常见情况：1、栈溢出（函数调用中递归层级过深，或者局部变量所需空间太大，超出栈的范围）。

​ 2、缓冲区溢出（当向一个固定大小的缓冲区写入超过其容量的数据时，会导致写到相邻内存区域，如strcpy）。

​ 3、数据溢出（如使用malloc分配的空间小，但写入的数据超过所分配的内存空间）。

九、strcpy 与 memcpy 的区别？

strcpy 用于字符串拷贝，直到遇到 '\0' 停止，仅适用于字符串。memcpy 用于字节级别的拷贝，会直接从源地址复制指定个字节到目标地址。

strcpy(dest, src);
memcpy(dest, src, n);

十、重写 memcpy 需要注意的问题

检查内存是否有重叠，如果有需要从后向前拷贝，避免覆盖。

入参检查：指针有效性、size 应为正数。

尽量按机器字长拷贝，减少内存访问次数。

十一、malloc、calloc区别？

​ malloc：只是分配内存块；calloc：不仅分配指定大小的内存块，还会将内存中的内容初始化为 0；

int* arr = (int*)calloc(5, sizeof(int)); // 分配并清零

int* arr = (int*)malloc(5 * sizeof(int));
memset(arr, 0, 5 * sizeof(int)); // 等效calloc的效果

十二、malloc 底层原理

​ 1、当开辟的空间小于 128K 时，调用 brk() 函数，malloc 的底层实现是系统调用函数 brk()，其主要移动指针 _enddata （此时的 _enddata 指的是 Linux 地址空间中堆段的末尾地址，不是数据段的末尾地址）。

​ 2、当开辟的空间大于 128K 时，mmap（）系统调用函数来在虚拟地址空间中（堆和栈中间，称为“文件映射区域”的地方）找一块空间来开辟。

​ 具体实现：

​ 1、当调用 malloc(size) 时，它首先计算需要分配的内存块大小，包括用户请求的大小以及内存管理所需的额外空间（例如内存块的管理信息）。

​ 2、malloc 会遍历一个数据结构（例如空闲链表或空闲块列表），查找合适大小的空闲内存块。

​ 3、如果找到了合适的内存块，malloc 会将其标记为已分配，并返回一个指向该内存块的指针给用户。

​ 4、如果没有足够大的空闲内存块可用，malloc 可能需要扩展程序的虚拟内存空间。它通过系统调用（例如 brk 或 mmap）向操作系统请求更多的连续内存空间。

​ 5、当操作系统提供了更多的内存空间后，malloc 可以从新的空间中分配出合适大小的内存块，并将其标记为已分配。

​ 6、在内存块被释放时，通过调用 free 函数，malloc 将其标记为未分配，并将该内存块添加到空闲内存块的列表中，以便后续的内存分配可以重复使用它们。