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C++中4种管理数据内存的方式总结

发布：2023-03-02 09:00:01 59

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C++数据内存

根据用于分配内存的方法，C++中有3中管理数据内存的方式：自动存储、静态存储和动态存储（有时也叫做自由存储空间或堆）。在存在时间的长短方面，以这三种方式分配的数据对象各不相同。下面简要介绍这三种类型。

注：C++11中新增了第四种类型——线程存储

C++的4种管理数据内存的方式

自动存储

在函数内部定义的常规变量使用自动存储空间，被称为自动变量（automatic variable），这意味着它们在所属的函数被调用时自动产生，在该函数结束时消亡。例如，当在一个自定义的函数getname()中定义了一个temp数组时，temp数组仅当getname()函数活动时存在。当成许控制权回到main()时，temp使用的内存将自动被释放。如果getname()返回temp的地址，则main()中的name指针指向的内存将很快得到重新使用。这就是在getname()中使用new的原因之一。

实际上，自动变量是一个局部变量，其作用域为包含它的代码块。代码块是被包含在花括号中的一段代码。

自动变量通常存储在栈中。这意味着执行代码块时，其中的变量将依次加入到栈中，而在离开代码块时，将按相反的顺序释放着些变量，着被称为后进先出（LIFO）。因此，在程序执行过程中，栈将不断地增大和缩小。

静态存储

静态存储是整个程序执行期间都存在的存储方式。是变量称为静态的方式有两种：一种是在函数外面定义它；另一种是在声明变量时使用关键字statis：

static double fee = 56.50;

在K&R C中，只能初始化静态数组和静态结构，而C++ Release2.0（及后续版本）和ASNI C中，也可以初始化自动数组和自动结构。

注：自动存储和静态存储关键在于：这些方法严格地限制了变量的寿命。变量可能存在于程序的整个生命周期（静态变量），也可能只是在特定函数被执行时存在（自动变量）。

动态存储

new和delete运算符提供了一种比自动变量和静态变量更灵活的方法。它们管理了一个内存池，这在C++中被称为自由存储空间（free store）或堆（heap）。该内存池同用于静态变量和自动变量的内存是分开的。new和delete让您能够在一个函数中分配内存，而在另一个函数中释放它。因此，数据的声明周期不完全收程序或函数的生命时间控制。与使用常规变量相比，使用new和delete让程序员对程序如何使用内存有更大的控制权。然而，内存管理也更复杂了。在栈中，自动添加和删除机制使得占用的内存总是连续的，单new和delete的相互影响可能导致占用的自由存储区不连续，这使得跟踪新分配内存的位置更困难。

线程存储

在多线程程序中，所有线程共享程序中的变量。Linux有一全局变量，所有线程都可以使用它，改变它的值。如果每个线程希望能单独拥有它，那么就需要使用线程存储了。表面上看起来这是一个全局变量，所有线程都可以使用它，但它的值在每一个线程中又是单独存储的。

线程存储的具体用法：

1.创建一个类型为pthread_key_t类型的变量。

2.调用pthread_key_create()来创建该变量，该函数有两个参数，第一个参数就是上面声明的 pthread_key_t变量，第二个参数是一个清理函数，用来在线程释放该线程存储的时候被调用，该函数指针可以设成NULL，这样系统将调用默认的清理函数；

3.当线程中需要存储特殊值的时候，可以调用pthread_setspcific()，该函数有两个参数，第一个为前面声明的pthread_key_t变量，第二个为void*变量，这样可以存储任何类型的值；

4.如果需要取出所存储的值，调用pthread_getspecific()，该函数的参数为前面提到的 pthread_key_t变量，该函数返回void*类型的值；

5.注销使用pthread_key_delete()函数，该函数并不检查当前是否有线程正在使用，也不会调用清理函数，而只是释放以供下一次调用pthread_key_create()使用。

下面是前面提到的函数原型：

int pthread_setspecific(pthread_key_t key, const void *value);
void* pthread_getspecific(pthread_key_t key);
int pthread_key_create(pthread_key_t *key, void (*destructor)(void*));
int pthread_key_delete(pthread_key_t *key);

线程存储例子：

#include 
#include 


static pthread_key_t thread_key;

void* thread_function(void* args)
{
    pthread_t spid = pthread_self();

    pthread_setspecific(thread_key, (void *)spid);

    pthread_t gpid = (pthread_t)pthread_getspecific(thread_key);

    printf("set: %lu, get: %lu, %s\n", spid, gpid, (spid == gpid ? "equal":"not equal"));

    return NULL;
}

int main(int argc, char** argv)
{
    int i;
    pthread_t threads[5];

    pthread_key_create(&thread_key, NULL);

    for (i = 0; i < 5; ++i) {
        pthread_create(&(threads[i]), NULL, thread_function, NULL);
    }

    for (i = 0; i < 5; ++i) {
        pthread_join(threads[i], NULL);
    }

    pthread_key_delete(thread_key);

    return 0;
}