堆/栈/RAII

一、基本概念

堆

英文heap，指动态分配内存的区域，不同于数据结构的堆。这里的内存分配后，需要手工释放，否则造成内存泄露。

c++里一个相关概念叫自由存储区，英文为free store，特指用new和delete来分配和释放内存的区域。一般而言，这是堆的一个子集：

new和delete操作的区域是free store

malloc和free操作的区域是堆

但 new 和 delete 通常底层使用 malloc 和 free 来实现，所以 free store 也是 heap。鉴于对其区分的实际意义并不大，所以根据参考资料先统一为堆

栈

stack，指函数调用过程中产生的本地变量和调用数据的区域。与数据结构的栈高度相似，满足先进后出

RAII

Resource Acquisition Is Initialization，是C++特有的资源管理方式。C++依赖RAII做资源管理。

RAII依托栈和析构函数，来对所有的资源（包括堆内存在内）进行管理。

对RAII的使用，使得C++不需要Java那样的垃圾收集方法，也能有效地对内存进行管理。

导致在堆上分配内存（并构造对象）

//c++
auto ptr=new std::vector<int>();

//Java
ArrayList<int> list = new ArrayList<int>();

//python
lst=list()

程序通常需要牵涉三个可能的内存管理器的操作：

1.让内存管理器分配一个某个大小的内存块

2….释放一个之前分配的内存块

3….进行垃圾收集操作，寻找不再使用的内存块并予以释放

C++一般做操作1,2；JAVA做1,3；python做1,2,3；

第一，分配内存需要考虑程序当前已经有多少 未分配 内存。内存不足，要从操作系统申请新内存；内存充足时，从可用内存里取出一块合适大小的内存，标记为已用，将其返回给要求内存的代码

第二，释放内存，除了内存标记为未使用后，还要合并连续未使用的内存块成一块。

第三，垃圾收集操作，c++不用，不开展。

内存碎片化的情况，开发人员一般不用考虑。内存分配和释放的管理是内存管理器的任务。所以我们只需要正确使用new和delete即可。

漏掉delete会造成内存泄露。

c++更常见更合理的情况是，分配和释放不在一个函数里

bar* make_bar(...)
{
	...
	try{
	bar* ptr=new bar();
	  ...
	}
	catch(...){
		delete ptr;
		throw;
	}
	return ptr;
}

void foo()
{
   ...
   bar* ptr=make_bar(...)
   ...
   delete ptr;
}

这样导致的是漏delete的可能性变大

二、栈变化

讨论下c++函数调用、本地变量如何使用栈。

void foo(int n)
{
…
}
void bar(int n)
{
int a = n + 1;
foo(a);
}
int main()
{
…
bar(42);
…
}

该示例中，栈向上增长，大部分计算机体系架构中，栈的增长方向为低地址，上方意味着低地址。

栈的分配与释放看似都是移动了栈指针，由于先进后从出，一进一处，不会出现内存碎片

上图中每种颜色都表示某个函数占用的栈空间。叫做栈帧；

编译器会自动调用析构函数，包括在函数执行发生异常的情况，在发生异常时对析构函数的调用，称为 栈展开。

栈展开代码

#include <stdio.h>
class Obj {
public:
Obj() { puts("Obj()"); }
~
Obj() { puts("~Obj()"); }
};
void foo(int n)
{
Obj obj;
if (n == 42)
throw "It's yuleiyun";
}
int main()
{
try {
foo(41);
foo(42);
}
catch (const char* s) {
puts(s);
}
}

Obj()
~Obj()
Obj()
~Obj()
It’s yuleiyun

PS: puts只用于输出字符串，且换行

C++ 支持将对象存储在栈上面。但是，在很多情况下，对象不能，或不应该，存储在栈上。

比如：

对象很大；
对象的大小在编译时不能确定；
对象是函数的返回值，但由于特殊的原因，不应使用对象的值返回。

。。。。

如果返回类型是 shape，实际却返回一个 circle，编译器不会报错，但结果多半是错的。这种现象叫对象切片（object slicing）