I - 內(nèi)存分配概述

1.1 - 定義概述

內(nèi)存分配 (Memory Allocation) 是指為計(jì)算機(jī)程序或服務(wù)分配物理內(nèi)存空間或虛擬內(nèi)存空間的一個(gè)過程。通常在程序執(zhí)行前或執(zhí)行時(shí)完成內(nèi)存分配。

1.2 - 分類概述

存在兩種類型的內(nèi)存分配：

• 編譯時(shí)內(nèi)存分配或靜態(tài)內(nèi)存分配 (Compile-time or Static Memory Allocation)
• 運(yùn)行時(shí)內(nèi)存分配或動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配 (Run-time or Dynamic Memory Allocation)

靜態(tài)內(nèi)存分配：

靜態(tài)內(nèi)存分配是由編譯器為聲明的變量分配內(nèi)存。內(nèi)存的地址可以通過地址操作符找到，并且可以賦值給指針變量。該內(nèi)存是在編譯時(shí)分配的。

動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配 ：

在程序執(zhí)行時(shí) (execution) 或 運(yùn)行時(shí) (run-time) 進(jìn)行的內(nèi)存分配被稱為動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配。庫函數(shù)例如 calloc() 和 malloc() 或者操作符 new 均支持分配動(dòng)態(tài)內(nèi)存。動(dòng)態(tài)分配的內(nèi)存空間，通過這些函數(shù)或操作符的返回值分配，賦值給指針變量。

1.3 - 區(qū)別概述

II - 靜態(tài)內(nèi)存分配

內(nèi)存必須被分配給我們所創(chuàng)建的變量，這樣實(shí)際的變量才能存在?，F(xiàn)在有一個(gè)問題，即我們認(rèn)為它是如何運(yùn)行的，以及它實(shí)際上是如何運(yùn)行的？

計(jì)算機(jī)如何創(chuàng)建一個(gè)變量？

當(dāng)我們思考如何創(chuàng)造某樣?xùn)|西時(shí)，我們會(huì)想到“從零開始”著手干，而當(dāng)計(jì)算機(jī)創(chuàng)建一個(gè)變量 ‘X’ 時(shí)，實(shí)際上情況并不是這樣；對(duì)于計(jì)算機(jī)而言，更像是一種分配，計(jì)算機(jī)只是從許多預(yù)先存在的內(nèi)存單元中分配一個(gè)內(nèi)存單元給 X。

那么什么是靜態(tài)內(nèi)存分配？當(dāng)我們聲明變量時(shí)，我們實(shí)際上是在準(zhǔn)備所有會(huì)被使用的變量，這樣編譯器就知道被使用的變量實(shí)際上是用戶想要的程序的重要部分，而不是到處漂浮的流氓符號(hào)。因此，當(dāng)我們聲明變量時(shí)，編譯器實(shí)際做的是將這些變量分配到它們的房間（一個(gè)內(nèi)存單元）。現(xiàn)在，可以看出，這是在程序執(zhí)行前完成的，你不能在程序執(zhí)行時(shí)用這種方法分配變量。

示例

void func()
{
	int a;
}
int main()
{
	int b;
	int c[12];
	//...
}

上述代碼中所有的變量都是靜態(tài)分配的。

III - 動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配

那么，既然已經(jīng)存在一種方式來完成內(nèi)存分配的工作，為什么我們需要引入另一種分配方法？為什么我們需要在程序執(zhí)行過程中分配內(nèi)存？

因?yàn)?，盡管不是很顯而易見，但不能在運(yùn)行時(shí)分配內(nèi)存，就降低了靈活性，并與空間效率相妥協(xié)。特別是，在那些事先不知道輸入的情況下，我們會(huì)在存儲(chǔ)的低效使用和缺乏或過多的空間用來輸入數(shù)據(jù)方面受到影響（給定一個(gè)固定長(zhǎng)度的數(shù)組或類似的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)）。

所以引入動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配： 在運(yùn)行時(shí)，存儲(chǔ)/內(nèi)存/單元可以分配給變量的機(jī)制被稱為動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配（不要與 DMA 相混淆）。因此，我們可以知道在運(yùn)行期間分配內(nèi)存，這使我們能夠使用我們想要的存儲(chǔ)，而不用擔(dān)心任何浪費(fèi)或者不足。

為什么要使用動(dòng)態(tài)分配的原因

• 當(dāng)我們事先不知道程序需要多少內(nèi)存的時(shí)；
• 當(dāng)我們希望數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)沒有固定的內(nèi)存空間上限時(shí)；
• 當(dāng)你想更有效地使用你的內(nèi)存空間時(shí)。例如： 如果你為一個(gè)一維數(shù)組分配的內(nèi)存空間是 array[20]，而你最終只使用了 10 個(gè)內(nèi)存空間，那么剩下的 10 個(gè)內(nèi)存空間就被浪費(fèi)了，這些浪費(fèi)的內(nèi)存甚至不能被其他程序變量所使用；
• 動(dòng)態(tài)創(chuàng)建的列表的插入和刪除可以非常容易地通過操作地址來完成，而在靜態(tài)分配的內(nèi)存中，插入和刪除會(huì)導(dǎo)致更多的移動(dòng)和內(nèi)存浪費(fèi)；
• 當(dāng)你想在編程中使用結(jié)構(gòu)和鏈表的概念時(shí)，動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配是必須的

C++ 代碼

int main(int argc, char* argv[])
{
	// 動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配
	int* ptr = new int;
	int* ptr1 = new int[10];
	// 動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存的釋放
	delete ptr;
	delete [] ptr1;
}

C 代碼

ptr = calloc(m, n);

等價(jià)于

ptr = malloc(m * n);
memset(ptr, 0, m * n);

IV - 小結(jié)

有兩種類型的可用內(nèi)存 – 棧 (stack) 和堆 (heap)。靜態(tài)內(nèi)存分配只能在棧上進(jìn)行，而動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配可以在棧和堆上進(jìn)行。在堆上進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配的一個(gè)例子是遞歸，在遞歸中，函數(shù)按照出現(xiàn)的順序被放入調(diào)用堆，并在到達(dá)基數(shù)時(shí)一個(gè)一個(gè)地彈出。

當(dāng)在堆上分配內(nèi)存時(shí)，我們需要手動(dòng)刪除內(nèi)存，因?yàn)榧词狗峙涞膬?nèi)存范圍結(jié)束（如棧的情況），內(nèi)存也不會(huì)被編譯器自己釋放（取消分配 deallocate）。

4.1 - 靜態(tài)分配的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)

• 使用簡(jiǎn)單
• 分配和取消分配都由編譯器完成
• 高效的執(zhí)行時(shí)間
• 它使用棧數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

缺點(diǎn)

• 內(nèi)存浪費(fèi)問題
• 必須知道確切的內(nèi)存需求
• 一旦初始化后，內(nèi)存的大小不能調(diào)整

4.2 - 動(dòng)態(tài)分配的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)

• 動(dòng)態(tài)分配是在運(yùn)行時(shí)進(jìn)行的
• 只要我們需要，我們就可以分配（創(chuàng)建）額外的存儲(chǔ)
• 只要我們使用結(jié)束了，內(nèi)存就可以被取消分配（free / delete）動(dòng)態(tài)空間
• 因此，人們總是可以準(zhǔn)確地?fù)碛兴璧目臻g量–不多也不少。
• 如果需要，內(nèi)存大小可以重新分配 

缺點(diǎn)

• 由于內(nèi)存是在運(yùn)行時(shí)分配的，因此需要更多的時(shí)間。
• 當(dāng)完成后，內(nèi)存需要由用戶釋放。這一點(diǎn)很重要，因?yàn)樗锌赡茏兂呻y以發(fā)現(xiàn)的 bug。

總上所述，靜態(tài)內(nèi)存是編譯器提前分配的東西。而動(dòng)態(tài)內(nèi)存是在執(zhí)行過程中由程序控制的東西。程序可以要求更多的內(nèi)存，也可以刪除部分分配的內(nèi)存。

到此這篇關(guān)于詳解C++的靜態(tài)內(nèi)存分配與動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++ 內(nèi)存分配內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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