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C++初学者指南第一步—10.内存（基础）
文章目录
- C++初学者指南第一步---10.内存（基础）
- 1.内存模型
- 1.1 纸上谈兵：C++的抽象内存模型
- 1.2 实践：内存的实际处理
- 2. 自动存储
- 3.动态存储：std::vector
- 3.1 动态内存分配
- 3.2 std::vector 内存布局
- 3.3 std::vector 扩容方案
- 3.4 std::vector的大小(size)和容量(capacity)
- 3.5 std::vector内存生命周期示例
1.内存模型
1.1 纸上谈兵：C++的抽象内存模型
C++ 的语言规范基于抽象内存模型。
具体实现（编译器，C++运行时等）可以采用不同策略来满足具体平台（CPU架构，操作系统等）上的这些规范。
内存组织
示例：std::int16_t i = 1234; 是一个名为 i 的对象，大小为 2 字节（= 16 位），值为 0000010011010010，
根据其类型 int16_t 表示数字 1234。
请注意，抽象模型并没有涉及到内存是如何划分的，也不涉及缓存层次结构。
对象存储持续时间类型
| 自动 | 对象生存期绑定到 { … } 块作用域的开始到结束 | 局部变量、函数参数 |
| 动态 | 通过特殊指令控制对象寿命 | 可以按需创建/销毁且独立于块作用域的对象 |
| 线程 | 与线程的开始和结束相关的对象生存期 | 每线程存储 |
| 静态 | 对象生存期与程序的开始和结束相关联 | 单例 |
1.2 实践：内存的实际处理
C++内存模型的实际实现
- 受到目标平台的功能和限制的限制 （CPU/内存架构、操作系统、编译器）
- 需要修复C++标准留下的选项，例如字节中的位数（在大多数平台上为8）
- 需要支持c++标准描述的对象存储期/生命周期方案(自动、动态、线程、静态)
常见的解决方案:自动/动态存储期专用内存分区
HEAP 堆（也被称为自由存储区）
- 用于动态存储期对象，例如std::vector的内容
- 空间大：可用于大容量存储（大部分主内存）
- 根据需要分配和释放任何对象。
- 无序分配和释放 ⇒ 导致内存碎片化
- 分配缓慢：需要为新对象找到连续的空置空间
STACK 栈(堆栈)
- 用于自动存储持续时间局部变量、函数参数的对象等。
- 空间小（通常只有几 MB）
- 快速分配：新对象始终放在顶部
- 以创建的相反顺序释放分配的对象
- 无法释放分配在最顶部以下的对象 （= 最新）
2. 自动存储
栈通常用于自动存储持续时间的对象如局部变量（包括函数参数）：
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3.动态存储：std::vector
3.1 动态内存分配
当前：只使用std::vector
后面：使用更多的标准库容器（set、map…）
再后面：手动动态内存分配
在现代 C++ 中，手动分配内存实际上只有在你想要实现自己的动态数据结构/容器时才是真正必要的。
3.2 std::vector 内存布局
- 每个向量对象都有一个单独的缓冲区，该缓冲区是动态分配的（在堆上），实际内容存储在其中。
- 现在我们只知道如何在栈上分配对象，但向量对象 v 本身也可以在堆上分配（更多内容请参阅后面的章节）。
vector<int> v {0,1,2,3,4};
3.3 std::vector 扩容方案
- 分配后的内存块无法调整大小！（之前分配的内存块后面不一定有剩余空间）
- 动态数组实现将数组对象与用于存储值的实际内存块分开。
- 然后通过以下方式进行扩容：
- 动态分配新的、(≈1.1-2×)更大的内存块
- 将旧值复制/移动到新块
- 释放旧的、较小的内存块
动态数组(维基百科)
3.4 std::vector的大小(size)和容量(capacity)
- .size()→ 向量中的元素数量
- .resize(新的元素数量)
- . capacity() → 可以使用的内存槽数量（容量）
- .reserve(新的容量)
注意：如果您大概知道元素的数量 ⇒ 在将元素添加到向量之前先进行预留(reserve)！
这样可以避免在增长阶段时进行不必要的内存分配和复制。
3.5 std::vector内存生命周期示例
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附上原文链接
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