C++學(xué)習(xí)筆記之內(nèi)存2

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8、你能講講（C++）內(nèi)存對齊的使用場景嗎？

C++內(nèi)存對齊是指按照一定的規(guī)則將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)成員排列在內(nèi)存中的過程，其目的是為了優(yōu)化內(nèi)存訪問速度。常見的使用場景包括：

減少內(nèi)存碎片：對齊可以保證結(jié)構(gòu)體或類中的數(shù)據(jù)成員按照規(guī)則排列，避免因為數(shù)據(jù)成員的大小不一致而導(dǎo)致的內(nèi)存碎片。提高數(shù)據(jù)訪問速度：由于現(xiàn)代計算機的內(nèi)存訪問是按照一定的塊大小進(jìn)行的，對齊可以保證數(shù)據(jù)成員按照塊的大小進(jìn)行存儲，從而提高內(nèi)存訪問速度。保證跨平臺兼容性：不同的平臺可能對內(nèi)存對齊有不同的要求，使用內(nèi)存對齊可以保證程序在不同平臺上的運行效果一致。需要注意的是，使用內(nèi)存對齊可能會增加數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的大小，從而增加內(nèi)存的占用。在一些對內(nèi)存占用要求較高的場景下，需要仔細(xì)權(quán)衡內(nèi)存占用和內(nèi)存訪問速度等因素，選擇合適的內(nèi)存對齊方式。

9、內(nèi)存對齊應(yīng)用于哪幾種數(shù)據(jù)類型及其對齊原則是什么？

內(nèi)存對齊通常應(yīng)用于結(jié)構(gòu)體、聯(lián)合體和類中的數(shù)據(jù)成員，以保證數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的存儲效率。

對于結(jié)構(gòu)體、聯(lián)合體和類中的數(shù)據(jù)成員，編譯器會按照某種規(guī)則將它們存放在內(nèi)存中，以保證各個數(shù)據(jù)成員之間的距離是整齊的，并且數(shù)據(jù)成員的地址是一致的。

在進(jìn)行內(nèi)存對齊時，通常需要遵守以下三個原則：

數(shù)據(jù)成員的偏移量必須是對齊數(shù)的整數(shù)倍。對齊數(shù)指的是編譯器為了滿足對齊要求而添加的字節(jié)大小。例如，對于4字節(jié)對齊的結(jié)構(gòu)體，其對齊數(shù)為4，數(shù)據(jù)成員的偏移量必須是4的整數(shù)倍。結(jié)構(gòu)體、聯(lián)合體和類的大小必須是對齊數(shù)的整數(shù)倍。即結(jié)構(gòu)體、聯(lián)合體和類的大小必須是它所包含的最大的數(shù)據(jù)成員大小的整數(shù)倍。例如，如果結(jié)構(gòu)體中最大的數(shù)據(jù)成員的大小是8字節(jié)，對齊數(shù)是4，那么結(jié)構(gòu)體的大小必須是8的整數(shù)倍，即16字節(jié)。結(jié)構(gòu)體中嵌套的結(jié)構(gòu)體或聯(lián)合體的起始地址必須符合其內(nèi)部最嚴(yán)格數(shù)據(jù)成員的對齊要求。10、你能說說什么是內(nèi)存對齊嗎？

內(nèi)存對齊是指將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的每個成員按照一定的規(guī)則進(jìn)行排列，使得每個成員的起始地址相對于該結(jié)構(gòu)的起始地址偏移量為該成員大小的整數(shù)倍。這樣做的目的是為了讓處理器在讀取數(shù)據(jù)時更加高效，因為處理器可以一次性讀取多個連續(xù)地址上的數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)不對齊，處理器就需要多次讀取，降低了讀取速度。

11、那為什么要內(nèi)存對齊呢

內(nèi)存對齊是為了提高內(nèi)存讀取效率和數(shù)據(jù)存儲安全而進(jìn)行的一種處理方式。

當(dāng)（CPU）從內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)時，如果數(shù)據(jù)沒有按照規(guī)定的對齊方式進(jìn)行存儲，那么CPU需要分兩次或更多次讀取內(nèi)存，這會增加CPU訪問內(nèi)存的時間和系統(tǒng)的開銷。因此，內(nèi)存對齊可以減少CPU訪問內(nèi)存的時間和系統(tǒng)開銷，提高系統(tǒng)的效率。

此外，對于結(jié)構(gòu)體等復(fù)合類型數(shù)據(jù)的內(nèi)存存儲，內(nèi)存對齊還可以保證數(shù)據(jù)存儲的安全性。如果數(shù)據(jù)沒有按照規(guī)定的對齊方式存儲，可能會導(dǎo)致數(shù)據(jù)被拆分存儲在兩個內(nèi)存塊中，這樣會增加訪問內(nèi)存的復(fù)雜度，并且在多線程環(huán)境下可能會發(fā)生數(shù)據(jù)競爭的問題，導(dǎo)致數(shù)據(jù)的不一致性。而通過內(nèi)存對齊，可以避免這些問題的發(fā)生，提高數(shù)據(jù)存儲的安全性。

12、能否舉一個內(nèi)存對齊的例子呢？

當(dāng)某個結(jié)構(gòu)體成員變量的類型與起始地址不是它大小的整數(shù)倍時，就需要字節(jié)對齊。以下是一個字節(jié)對齊的例子：

structExample{chara;//占用1個字節(jié)intb;//占用4個字節(jié)doublec;//占用8個字節(jié)chard[3];//占用3個字節(jié)};在這個例子中，a變量占用了1個字節(jié)，b變量占用了4個字節(jié)，c變量占用了8個字節(jié)，d數(shù)組占用了3個字節(jié)。如果這個結(jié)構(gòu)體按照自然對齊（默認(rèn)情況下的對齊方式）來分配內(nèi)存，那么變量的內(nèi)存布局如下所示：

|1字節(jié)|3字節(jié)|4字節(jié)|8字節(jié)|||||||a|[pad]|b|c|||[pad]|||||[pad]|||||d|||在這個布局中，a變量的內(nèi)存占用了1個字節(jié)，與其大小相等。但是，b變量的內(nèi)存占用了4個字節(jié)，雖然它只需要占用4字節(jié)，但是卻占用了8字節(jié)的內(nèi)存，多出了4個字節(jié)。這是因為在默認(rèn)情況下，編譯器會為b變量分配4個字節(jié)的內(nèi)存，并在它后面填充3個字節(jié)的padding，以保證變量的地址是8的倍數(shù)，從而提高內(nèi)存訪問的效率。

同理，c變量的內(nèi)存占用了8個字節(jié)，與其大小相等，d數(shù)組的內(nèi)存占用了3個字節(jié)，與其大小相等，但是為了保證結(jié)構(gòu)體占用的內(nèi)存是8的倍數(shù)，它后面填充了5個字節(jié)的padding。

13、你知道C++內(nèi)存分配可能會出現(xiàn)哪些問題嗎？

內(nèi)存泄漏：在使用完堆上的內(nèi)存后沒有及時釋放，導(dǎo)致程序運行過程中不斷地占用內(nèi)存。內(nèi)存溢出：在申請內(nèi)存時超出了（操作系統(tǒng)）或程序所能提供的內(nèi)存上限，導(dǎo)致程序崩潰。懸垂指針：指向已經(jīng)被釋放的內(nèi)存區(qū)域，導(dǎo)致程序訪問非法內(nèi)存而崩潰。雙重釋放：在釋放內(nèi)存時出現(xiàn)重復(fù)釋放同一內(nèi)存區(qū)域的情況，導(dǎo)致程序崩潰。內(nèi)存訪問越界：程序訪問了已經(jīng)超出了申請內(nèi)存空間的范圍，導(dǎo)致程序崩潰。為了避免這些問題的發(fā)生，我們在編寫C++程序時需要遵循一些規(guī)則，如正確使用new/dele（te）、malloc/free等內(nèi)存管理函數(shù)，合理地設(shè)計數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等。此外，還可以使用一些工具來輔助（檢測）內(nèi)存相關(guān)的問題，例如Valgrind、GDB等。

14、說一說指針參數(shù)是如何傳遞內(nèi)存？

指針參數(shù)在函數(shù)調(diào)用時傳遞的是地址，也就是指向變量內(nèi)存地址的指針。因此，在函數(shù)中通過指針參數(shù)修改變量的值，其實就是通過地址間接修改了變量的值。指針參數(shù)的傳遞是按值傳遞的，也就是傳遞的是指針變量的值，也就是地址。函數(shù)中的指針參數(shù)是函數(shù)調(diào)用者的一個變量地址的副本，也就是指針變量的值的副本，因此修改指針的值不會影響原始的指針變量。但是，修改指針?biāo)赶虻膬?nèi)存地址中的內(nèi)容，會直接影響原始變量的值。

舉個例子，假設(shè)有以下代碼：

voidfunc(int*p){*p=10;p=NULL;}intmain(){inta=0;int*p=func(p);printf("%d",a);printf("%p",p);return0;}在調(diào)用func函數(shù)時，將指向a的指針p傳遞給函數(shù)。在函數(shù)中，將p指向的內(nèi)存地址中的內(nèi)容修改為10。但是，對p賦值為NULL只會影響函數(shù)內(nèi)部的p指針副本，不會影響函數(shù)外部的p指針變量。因此，函數(shù)結(jié)束后，p仍然指向a的地址。最后輸出a的值為10，p的值為a的地址。

15、什么是野指針？如何預(yù)防呢？

野指針是指指向已經(jīng)釋放的內(nèi)存空間的指針，或者指向未被分配的內(nèi)存空間的指針。當(dāng)程序試圖使用野指針時，就可能會導(dǎo)致程序崩潰或者出現(xiàn)意想不到的結(jié)果。

為了預(yù)防野指針問題，可以采取以下措施：

初始化指針：在定義指針時，盡量立即進(jìn)行初始化，可以將指針賦值為NULL或nullptr。這樣即使在后續(xù)使用過程中出現(xiàn)了未被分配的指針，也不會成為野指針。及時釋放指針：在使用完指針后，及時調(diào)用delete或free等函數(shù)進(jìn)行內(nèi)存釋放，這樣就可以防止野指針的產(chǎn)生。置空指針：在釋放指針的內(nèi)存之后，及時將指針賦值為NULL或nullptr，以防止指針繼續(xù)被使用。避免懸掛指針：當(dāng)一個指針被釋放之后，如果仍然指向原來的內(nèi)存區(qū)域，那么在其他代碼中可能會誤認(rèn)為該內(nèi)存區(qū)域仍然可用，從而出現(xiàn)懸掛指針問題。為了避免這種情況，可以在釋放指針時將其指向的內(nèi)存區(qū)域清零或者賦值為特定的值，這樣就可以避免出現(xiàn)懸掛指針的問題。16、內(nèi)存耗盡怎么辦？

使用內(nèi)存池：內(nèi)存池是一種管理內(nèi)存分配和釋放的技術(shù)，它可以預(yù)分配一定數(shù)量的內(nèi)存，并將其緩存起來，當(dāng)程序需要分配內(nèi)存時，就直接從緩存中取出一塊內(nèi)存使用。優(yōu)化（算法）：盡可能地避免不必要的內(nèi)存分配，可以考慮使用一些高效的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如緩存、哈希表等。調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)：可以通過修改操作系統(tǒng)的一些參數(shù)來增加可用內(nèi)存，如增加虛擬內(nèi)存、減少進(jìn)程數(shù)量等。釋放不必要的內(nèi)存：在程序運行過程中，及時釋放不再使用的內(nèi)存，避免內(nèi)存浪費。17、什么是內(nèi)存碎片，怎么避免內(nèi)存碎片？

內(nèi)存碎片是指內(nèi)存中存在大量不連續(xù)的、小塊的未使用內(nèi)存空間，這些空間不能被分配給大塊的內(nèi)存請求，從而導(dǎo)致系統(tǒng)無法滿足內(nèi)存請求的情況。內(nèi)存碎片可能會導(dǎo)致程序性能下降，甚至系統(tǒng)崩潰。

為了避免內(nèi)存碎片，可以采取以下措施：

盡量避免頻繁的內(nèi)存分配和釋放，可以采用對象池等技術(shù)來管理內(nèi)存。使用內(nèi)存池技術(shù)，對一定大小范圍內(nèi)的內(nèi)存進(jìn)行預(yù)分配，避免頻繁的內(nèi)存分配和釋放。使用動態(tài)分配內(nèi)存的時候，盡量分配固定大小的塊，而不是小塊，避免出現(xiàn)大量的內(nèi)存碎片。使用內(nèi)存對齊技術(shù)，可以減少內(nèi)存碎片的發(fā)生。定期進(jìn)行內(nèi)存整理，將多個小的內(nèi)存塊合并成一個大的內(nèi)存塊。對于長時間運行的應(yīng)用程序，可以考慮使用內(nèi)存映射文件等技術(shù)，將數(shù)據(jù)保存在文件中，而不是內(nèi)存中，避免內(nèi)存碎片的發(fā)生。18、簡單介紹一下C++五大存儲區(qū)

代碼區(qū)（CodeSegment）：存儲程序執(zhí)行的代碼。全局區(qū)（GlobalSegment/DataSegment）：存儲全局變量和靜態(tài)變量，包括未初始化和已初始化的變量。堆區(qū)（HeapSegment）：由（程序員