C / C++的内存管理

在C和C++中，内存管理是一个至关重要的主题，因为不当的内存管理会导致内存泄漏、崩溃等问题。C语言通过标准库函数进行动态内存分配，而C++则通过构造和析构函数、运算符重载等特性提供更高级别的内存管理能力。

C语言中的内存管理

在C语言中，内存管理主要依靠malloc、calloc、realloc和free等函数。

1. 动态内存分配：
2. malloc(size_t size)：分配指定字节数的内存，返回指向首地址的指针。
3. calloc(size_t num, size_t size)：分配内存并初始化为0。
4. realloc(void *ptr, size_t size)：重新分配之前分配的内存块的大小。
5. free(void *ptr)：释放之前分配的内存。

代码示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    int *arr;
    int n, i;

    printf("请输入数组大小: ");
    scanf("%d", &n);

    // 动态分配内存
    arr = (int *)malloc(n * sizeof(int));
    if (arr == NULL) {
        printf("内存分配失败!\n");
        return -1;
    }

    // 填充数组
    for (i = 0; i < n; i++) {
        arr[i] = i + 1;
    }

    // 打印数组
    for (i = 0; i < n; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
    printf("\n");

    // 释放内存
    free(arr);
    return 0;
}

在上述示例中，我们使用malloc动态分配了一个整型数组，并在使用完毕后调用free释放内存。这是一个典型的C语言内存管理流程。

C++语言中的内存管理

C++在内存管理上比C语言更加灵活和安全。除了上述的动态内存管理函数外，C++引入了new和delete来进行内存分配和释放。

1. 动态内存分配：
2. new：分配内存并调用构造函数。
3. delete：释放内存并调用析构函数。

代码示例：

#include <iostream>

class Person {
public:
    Person(const std::string &name) : name(name) {
        std::cout << "创建: " << name << std::endl;
    }

    ~Person() {
        std::cout << "销毁: " << name << std::endl;
    }

private:
    std::string name;
};

int main() {
    // 使用new分配内存
    Person *p1 = new Person("Alice");
    // 使用delete释放内存
    delete p1;

    // 使用数组
    Person *people = new Person[2] { Person("Bob"), Person("Charlie") };
    // 释放数组
    delete[] people;

    return 0;
}

在这个示例中，我们定义了一个Person类并使用new和delete来管理内存。当我们使用new来创建对象时，构造函数会被调用；使用delete时，析构函数会被调用。这种机制保护了对象的资源，避免了内存泄漏。

智能指针

C++11引入了智能指针（如std::unique_ptr和std::shared_ptr），可以更好地管理动态内存，减少手动管理的错误风险。

代码示例：

#include <iostream>
#include <memory>

class Person {
public:
    Person(const std::string &name) : name(name) {
        std::cout << "创建: " << name << std::endl;
    }
    ~Person() {
        std::cout << "销毁: " << name << std::endl;
    }
private:
    std::string name;
};

int main() {
    // 使用unique_ptr管理动态内存
    std::unique_ptr<Person> p1(new Person("Alice"));

    // 使用shared_ptr管理动态内存
    std::shared_ptr<Person> p2 = std::make_shared<Person>("Bob");

    return 0;
}

使用智能指针可以避免手动释放内存，减少内存泄漏的风险。std::unique_ptr确保只有一个指针指向内存块，而std::shared_ptr允许多个指针共享相同的内存块，引用计数机制会自动管理内存的释放。

结论

内存管理是C/C++编程中的重要内容。在C语言中，需要手动管理内存，而C++提供了更高级的内存管理工具，包括构造和析构函数、智能指针等。这些工具极大地降低了内存管理的复杂性和出错的概率。在编写C/C++程序时，合理使用内存管理方法是提高代码质量的重要一步。