在寫C/C++程序的時候，最頭疼的部分一定包括內存管理，一提到內存管理總是提心吊膽，但是又不可避免地常常會遇到，而這塊的知識也是公司招聘的一個評價方面，能夠很好地體現筆試面試者的功底。這部分的內容稍深一些，大家細心閱讀，能對內存管理有一個比較好的把握。
最長被問到的問題之一，基礎中的基礎。對C和C++而言，內存分配方式有三種：
1）從靜態存儲區域分配。例如程序中定義的全局變量和static變量就是這種方式分配內存的。內存在程序編譯的時候就已經分配好，這塊內存在程序的整個運行期間都存在。
2）在棧上創建。這是出現最多的情況，我們程序中的int var就是這種情況的內存分配方式。在執行函數時，函數內局部變量的存儲單元都可以在棧上創建，函數執行結束時這些存儲單元自動被釋放。棧內存分配運算內置於處理器的指令集中，效率很高，但是分配的內存容量有限。
3）從堆上分配，亦稱動態內存分配。程序在運行的時候用malloc 或new 申請任意多少的內存，程序員自己負責在何時用free 或delete 釋放內存。動態內存的生存期由我們決定，使用非常靈活，但問題也最多。
發生內存錯誤是件非常麻煩的事情。編譯器不能自動發現這些錯誤，通常是在程序運行時才能捕捉到。而這些錯誤大多沒有明顯的症狀，時隱時現，增加了改錯的難度。有時用戶怒氣沖沖地把你找來，程序卻沒有發生任何問題，你一走，錯誤又發作了。
常見的內存錯誤和處理方法如下：
1）內存分配未成功，卻使用了它。
編程新手常犯這種錯誤，因為他們沒有意識到內存分配會不成功。常用解決辦法是，在使用內存之前檢查指針是否為NULL 。如果指針p 是函數的參數，那麼在函數的入口處用assert (p!=NULL) 進行檢查。如果是用malloc或new 來申請內存，應該用if( p==NULL ) 或if(p!=NULL) 進行防錯處理。
2）內存分配雖然成功，但是尚未初始化就引用它。
犯這種錯誤主要有兩個起因：一是沒有初始化的觀念；二是誤以為內存的缺省初值全為零，導致引用初值錯誤（例如數組）。
內存的缺省初值究竟是什麼並沒有統一的標准，盡管有些時候為零值，我們寧可信其無不可信其有。所以無論用何種方式創建數組，都別忘了賦初值，即便是賦零值也不可省略，不要嫌麻煩。
3）內存分配成功並且已經初始化，但操作越過了內存的邊界。
例如在使用數組時經常發生下標“多1 ”或者“少1 ”的操作。特別是在for 循環語句中，循環次數很容易搞錯，導致數組操作越界。
4）忘記了釋放內存，造成內存洩露。
含有這種錯誤的函數每被調用一次就丟失一塊內存。剛開始時系統的內存充足，你看不到錯誤。終有一次程序突然死掉，系統出現提示：內存耗盡。
動態內存的申請與釋放必須配對，程序中malloc與free 的使用次數一定要相同，否則肯定有錯誤（new/delete 同理）。
5）釋放了內存卻繼續使用它。
有三種情況：
1. 程序中的對象調用關系過於復雜，實在難以搞清楚某個對象究竟是否已經釋放了內存，此時應該重新設計數據結構，從根本上解決對象管理的混亂局面。
2. 函數的return 語句寫錯了，注意不要返回指向“棧內存”的“指針”或者“引用”，因為該內存在函數體結束時被自動銷毀。
3. 使用free 或delete 釋放了內存後，沒有將指針設置為NULL。導致產生“野指針”。
針對以上這些稍不留神，一疏忽就容易犯的錯誤，這裡提出以下建議：
1）用malloc 或new 申請內存之後，應該立即檢查指針值是否為NULL。防止使用指針值為NULL的內存。
2）不要忘記為數組和動態內存賦初值。防止將未被初始化的內存作為右值使用。
3）避免數組或指針的下標越界，特別要當心發生“多1 ”或者“少1 ”操作。
4）動態內存的申請與釋放必須配對，防止內存洩漏。
5）用free 或delete 釋放了內存之後，立即將指針設置為NUL L ，防止產生“野指針”
C++/C程序中，指針和數組在不少地方可以相互替換著用，讓人產生一種錯覺，以為兩者是等價的。數組要麼在靜態存儲區被創建（如全局數組），要麼在棧上被創建。數組名對應著（而不是指向）一塊內存，其地址與容量在生命期內保持不變，只有數組的內容可以改變。
指針可以隨時指向任意類型的內存塊，它的特征是“可變”，所以我們常用指針來操作動態內存。指針遠比數組靈活，但也更危險。下面從一些角度說明指針和數組的不同。
1）關於兩者的內容修改
一個例子，以下程序：
char a[] = “hello”; a[0] = ‘X’; cout << a << endl; char *p = “world”; // 注意p指向常量字符串 p[0] = ‘X’; // 編譯器不能發現該錯誤 cout << p << endl;
字符數組a的容量是6個字符，其內容為hello\0（位於棧上）。a的內容可以改變，如a[0]=‘X’。指針p指向常量字符串“world”（位於靜態存儲區，內容為world\0），常量字符串的內容是不可以被修改的。從語法上看，編譯器並不覺得語句p[0]= ‘X’有什麼不妥，但是該語句企圖修改常量字符串的內容而導致運行錯誤。
2）關於兩者進行內容復制
組名進行直接復制與比較。若想把數組a的內容復制給數組b，不能用語句b = a ，否則將產生編譯錯誤。應該用標准庫函數strcpy進行復制。
同理，比較b和a的內容是否相同，不能用if(b==a) 來判斷，應該用標准庫函數strcmp進行比較。
語句p =a 並不能把a的內容復制指針p，而是把a的地址賦給了p。要想復制a的內容，可以先用庫函數malloc為p申請一塊容量為strlen(a)+1個字符的內存，再用strcpy進行字符串復制。同理，語句if(p==a) 比較的不是內容而是地址，應該用庫函數strcmp來比較。
具體的例子如下程序所示：
// 數組… char a[] = "hello"; char b[10]; strcpy(b, a); // 不能用 b = a; if(strcmp(b, a) == 0) // 不能用if (b == a) … // 指針… int len = strlen(a); char *p = (char *)malloc(sizeof(char)*(len+1)); strcpy(p,a); // 不要用p = a; if(strcmp(p, a) == 0) // 不要用if (p == a)</span></span>
3）關於兩者內存容量的計算
用運算符sizeof可以計算出數組的容量（字節數）。如下例程序中，sizeof(a)的值是12（注意別忘了’\0’）。指針p 指向a，但是sizeof(p)的值卻是4。這是因為sizeof(p)得到的是一個指針變量的字節數，相當於sizeof(char*)，而不是p所指的內存容量。C++/C語言沒有辦法知道指針所指的內存容量，除非在申請內存時記住它。
char a[] = "hello world"; char *p = a; cout<< sizeof(a) << endl; // 12字節 cout<< sizeof(p) << endl; // 4字節
注意當數組作為函數的參數進行傳遞時，該數組自動退化為同類型的指針。如下例中，不論數組a的容量是多少，sizeof(a)始終等於sizeof(char *)。
void Func(char a[100])
{
cout<< sizeof(a) << endl; // 4字節而不是100字節
}
如果函數的參數是一個指針，不要指望用該指針去申請動態內存。如下例中，Test函數的語句GetMemory(str,200)並沒有使str獲得期望的內存，str依舊是NULL。
void GetMemory(char *p, int num)
{
p = (char *)malloc(sizeof(char) * num);
}
void Test(void)
{
char *str = NULL;
GetMemory(str, 100); // str 仍然為NULL
strcpy(str, "hello"); // 運行錯誤
}
來分析一下，其實上例的問題出在函數GetMemory中。編譯器總是要為函數的每個參數制作臨時副本，指針參數p的副本是_p，編譯器使 _p= p。如果函數體內的程序修改了_p的內容，就導致參數p的內容作相應的修改。這就是指針可以用作輸出參數的原因。在本例中，_p申請了新的內存，只是把_p所指的內存地址改變了，但是p絲毫未變（形參有時候就是很害人）。所以函數GetMemory並不能輸出任何東西。事實上，每執行一次GetMemory就會洩露一塊內存，因為沒有用free釋放內存。
那如果筆試題或者面試官問，我一定要用指針參數去申請內存，我們怎麼做呢？好吧，那就耍個小花招，改用“指向指針的指針”好啦。如下程序所示：
void GetMemory2(char **p, int num)
{
*p = (char *)malloc(sizeof(char) * num);
}
void Test2(void)
{
char *str = NULL;
GetMemory2(&str, 100); // 注意參數是&str，而不是str
strcpy(str, "hello");
cout<< str << endl;
free(str);
}
什麼，你覺得“指向指針的指針”不是很容易理解？好吧，那換一種方式，我們可以用函數返回值來傳遞動態內存。如下程序所示：
char *GetMemory3(int num)
{
char *p = (char *)malloc(sizeof(char) * num);
return p;
}
void Test3(void)
{
char *str = NULL;
str = GetMemory3(100);
strcpy(str, "hello");
cout<< str << endl;
free(str);
}
寫到這裡，又有一個可能會犯的錯誤需要提一下了，很重要，大家一定要注意了。用函數返回值來傳遞動態內存這種方法雖然好用，但是常常有人把return語句用錯了。這裡強調不要用return語句返回指向“棧內存”的指針，因為該內存在函數結束時自動消亡！如下程序所示：
char *GetString(void)
{
char p[] = "hello world";
return p; // 編譯器將提出警告
}
void Test4(void)
{
char *str = NULL;
str = GetString(); // str 的內容是垃圾
cout<< str << endl;
}
如果用調試器逐步跟蹤Test4，發現執行str = GetString語句後str不再是NULL指針，但是str的內容不是“hello world”而是垃圾。
寫到這裡，又有人提出問題了，如果上例中的hello world是常字符串，那會怎麼樣呢，就如下程序所示：
char *GetString2(void)
{
char *p = "hello world";
return p;
}
void Test5(void)
{
char *str = NULL;
str = GetString2();
cout<< str << endl;
}
那這裡要說明的是，事實上這段程序運行不會出錯，但是函數GetString2的設計概念卻是錯誤的。因為GetString2 內的“hello world”是常量字符串，位於靜態存儲區，它在程序生命期內恆定不變。無論什麼時候調用GetString2，它返回的始終是同一個“只讀”的內存塊，所以沒有太大的意義。
別看free和delete的名字惡狠狠的（尤其是delete），它們只是把指針所指的內存給釋放掉，但指針本身卻被留下來了。
用調試器跟蹤下例，發現指針p被free以後其地址仍然不變（非NULL），只是該地址對應的內存是垃圾，p成了“野指針”。如果此時不把p設置為NULL，會讓人誤以為p是個合法的指針。
char *p = (char *) malloc(100);
strcpy(p, “hello”);
free(p); // p 所指的內存被釋放，但是p所指的地址仍然不變
…
if(p != NULL) // 沒有起到防錯作用
{
strcpy(p, “world”); // 出錯
}
如果程序比較長，我們有時記不住p所指的內存是否已經被釋放，在繼續使用p之前，通常會用語句if(p!=NULL)進行防錯處理。很遺憾，此時if語句起不到防錯作用，因為即便p不是NULL指針，它也不指向合法的內存塊。
現在有這樣一個例子：
void Func(void)
{
char *p = (char *) malloc(100); // 動態內存會自動釋放嗎？
}
我們都知道函數體內的局部變量會在函數結束時自動消亡。這裡p是局部的指針變量，程序結束後它會消亡，但是它消亡時它所指的動態內存會一起完蛋嗎？答案是：並不會...
這裡有兩條非常有趣的結論，分別是：
（1）指針消亡了，並不表示它所指的內存會被自動釋放。
（2）內存被釋放了，並不表示指針會消亡或者成了NULL指針。
“野指針”是最可怕的一類指針，它不是NULL指針，是指向“垃圾”內存的指針。人們一般不會錯用NULL指針，因為用if語句很容易判斷。但是“野指針”是很危險的，if語句對它不起作用。
“野指針”的成因主要有兩種：
（1）指針變量沒有被初始化。任何指針變量剛被創建時不會自動成為NULL指針，它的缺省值是隨機的，它會亂指一氣。所以，指針變量在創建的同時應當被初始化，要麼將指針設置為NULL，要麼讓它指向合法的內存。例如
char *p = NULL; char *str = (char *) malloc(100);
（2）指針p被free或者delete之後，沒有置為NULL，讓人誤以為p是個合法的指針。上一節也提到了這個問題。
（3）指針操作超越了變量的作用范圍。這種情況讓人防不勝防，示例程序如下：現在有這樣一個例子：
class A
{
public:
void Func(void){ cout << “Func of class A”<< endl; }
};
void Test(void)
{
A *p;
{
A a;
p = &a; // 注意a 的生命期
}
p->Func(); // p是“野指針”
}
函數Test 在執行語句p->Func()時，對象a已經消失，而p是指向a的，所以p就成了“野指針”。
malloc與free是C++/C語言的標准庫函數，new/delete 是C++的運算符。它們都可用於申請動態內存和釋放內存。
對於非內部數據類型的對象而言，光用maloc/free無法滿足動態對象的要求。對象在創建的同時要自動執行構造函數，對象在消亡之前要自動執行析構函數。由於malloc/free 是庫函數而不是運算符，不在編譯器控制權限之內，不能夠把執行構造函數和析構函數的任務強加於malloc/free。
因此C++語言需要一個能完成動態內存分配和初始化工作的運算符new，以及一個能完成清理與釋放內存工作的運算符delete。注意new/delete不是庫函數。
malloc/free和new/delete實現對象的動態內存管理的方法是不同的，下面是一個示例：
class Obj
{
public :
Obj(void){ cout << “Initialization”<< endl; }
~Obj(void){ cout << “Destroy”<< endl; }
void Initialize(void){ cout << “Initialization”<< endl; }
void Destroy(void){ cout << “Destroy”<< endl; }
};
void UseMallocFree(void)
{
Obj *a = (obj *)malloc(sizeof(obj)); // 申請動態內存
a->Initialize(); // 初始化
//…
a->Destroy(); // 清除工作
free(a); // 釋放內存
}
void UseNewDelete(void)
{
Obj *a = new Obj; // 申請動態內存並且初始化
//…
delete a; // 清除並且釋放內存
}
類Obj的函數Initialize模擬了構造函數的功能，函數Destroy模擬了析構函數的功能。函數UseMallocFree中，由於malloc/free不能執行構造函數與析構函數，必須調用成員函數Initialize和Destroy來完成初始化與清除工作。函數UseNewDelete則簡單得多。
所以我們不要企圖用malloc/free來完成動態對象的內存管理，應該用new/delete。由於內部數據類型的“對象”沒有構造與析構的過程，對它們而言malloc/free和new/delete是等價的。
既然new/delete的功能完全覆蓋了malloc/free，為什麼C++不把malloc/free淘汰出局呢？這是因為C++程序經常要調用C函數，而C程序只能用malloc/free管理動態內存。
如果用free釋放“new創建的動態對象”，那麼該對象因無法執行析構函數而可能導致程序出錯。如果用delete釋放“malloc申請的動態內存”，理論上講程序不會出錯，但是該程序的可讀性很差。所以new/delete必須配對使用，malloc/free也一樣。
如果在申請動態內存時找不到足夠大的內存塊，malloc和new將返回NULL指針，宣告內存申請失敗。通常有三種方式處理“內存耗盡”問題。
1）判斷指針是否為NULL，如果是則馬上用return語句終止本函數。例如：
void Func(void)
{
A *a = new A;
if(a == NULL)
{
return;
}
…
}
2）判斷指針是否為NULL，如果是則馬上用exit(1)終止整個程序的運行。例如：
void Func(void)
{
A *a = new A;
if(a == NULL)
{
cout << “Memory Exhausted”<< endl;
exit(1);
}
…
}
3）為new和malloc設置異常處理函數。例如VisualC++可以用_set_new_hander函數為new設置用戶自己定義的異常處理函數，也可以讓malloc享用與new相同的異常處上述（1）（2）方式使用最普遍。如果一個函數內有多處需要申請動態內存，那麼方式（1）就顯得力不從心（釋放內存很麻煩），應該用方式（2）來處理
很多人不忍心用exit(1)，問：“不編寫出錯處理程序，讓操作系統自己解決行不行？”
不行。如果發生“內存耗盡”這樣的事情，一般說來應用程序已經無藥可救。如果不用exit(1) 把壞程序殺死，它可能會害死操作系統。道理如同：如果不把歹徒擊斃，歹徒在老死之前會犯下更多的罪。
雖然對於32 位以上的應用程序而言，無論怎樣使用malloc與new，幾乎不可能導致“內存耗盡”。但是：不加錯誤處理將導致程序的質量很差，千萬不可因小失大。
函數malloc的原型如下：
void * malloc(size_t size);
用malloc申請一塊長度為length的整數類型的內存，程序如下：
int *p = (int *) malloc(sizeof(int) * length);
我們應當把注意力集中在兩個要素上：“類型轉換”和“sizeof”。
1）malloc返回值的類型是void *，所以在調用malloc時要顯式地進行類型轉換，將void * 轉換成所需要的指針類型。
2）malloc 函數本身並不識別要申請的內存是什麼類型，它只關心內存的總字節數。
我們通常記不住int,float 等數據類型的變量的確切字節數。例如int變量在16位系統下是2個字節，在32位下是4個字節；而float變量在16位系統下是4個字節，在32位下也是4個字節。最好用以下程序作一次測試：
cout << sizeof(char) << endl; cout << sizeof(int) << endl; cout << sizeof(unsigned int) << endl; cout << sizeof(long) << endl; cout << sizeof(unsigned long) << endl; cout << sizeof(float) << endl; cout << sizeof(double) << endl; cout << sizeof(void *) << endl;
在malloc的“()”中使用sizeof運算符是良好的風格，但要當心有時我們會昏了頭，寫出p = malloc(sizeof(p))這樣的程序來。
3）函數free的原型如下：
void free( void * memblock );
為什麼free函數不象malloc函數那樣復雜呢？這是因為指針p的類型以及它所指的內存的容量事先都是知道的，語句free(p)能正確地釋放內存。如果p是NULL指針，那麼free對p無論操作多少次都不會出問題。如果p不是NULL指針，那麼free對p連續操作兩次就會導致程序運行錯誤。
運算符new使用起來要比函數malloc簡單得多，例如：
int *p1 = (int *)malloc(sizeof(int) * length); int *p2 = new int[length];
這是因為new內置了sizeof、類型轉換和類型安全檢查功能。對於非內部數據類型的對象而言，new在創建動態對象的同時完成了初始化工作。如果對象有多個構造函數，那麼new的語句也可以有多種形式。例如
class Obj
{
public :
Obj(void); // 無參數的構造函數
Obj(int x); // 帶一個參數的構造函數
…
}
void Test(void)
{
Obj *a = new Obj;
Obj *b = new Obj(1); // 初值為1
…
delete a;
delete b;
}
如果用new創建對象數組，那麼只能使用對象的無參數構造函數。例如
Obj *objects = new Obj[100]; // 創建100個動態對象
不能寫成
Obj *objects = new Obj[100](1);
在用delete釋放對象數組時，留意不要丟了符號‘[]’。例如
delete []objects; // 正確的用法 delete objects; // 錯誤的用法
後者相當於delete objects[0]，漏掉了另外99個對象
知識點在上已經一一敘述過了，這裡總結兩句話：
1）越是怕指針，就越要使用指針。不會正確使用指針，肯定算不上是合格的程序員。
2）必須養成“使用調試器逐步跟蹤程序”的習慣，只有這樣才能發現問題的本質。
參考：http://blog.csdn.net/han_xiaoyang/article/details/10676931
內存管理，是指軟件運行時對計算機內存資源的分配和使用的技術。其最主要的目的是如何高效，快速的分配，並且在適當的時候釋放和回收內存資源。一個執行中的程式，譬如網頁浏覽器在個人電腦或是圖靈機（Turing machine）裡面，為一個行程將資料轉換於真實世界及電腦內存之間，然後將資料存於電腦內存內部（在計算機科學，一個程式是一群指令的集合，一個行程是電腦在執行中的程式）。一個程式結構由以下兩部分而成：“本文區段”，也就是指令存放，提供CPU使用及執行； “資料區段”，儲存程式內部本身設定的資料，例如常數字串。
內存可以通過許多媒介實現，例如磁帶或是磁盤，或是小陣列容量的微芯片。 從1950年代開始，計算機變的更復雜，它內部由許多種類的內存組成。內存管理的任務也變的更加復雜，甚至必須在一台機器同時執行多個進程。
虛擬內存是內存管理技術的一個極其實用的創新。它是一段程序（由操作系統調度），持續監控著所有物理內存中的代碼段、數據段，並保證他們在運行中的效率以及可靠性，對於每個用戶層（user-level）的進程分配一段虛擬內存空間。當進程建立時，不需要在物理內存件之間搬移數據，數據儲存於磁盤內的虛擬內存空間，也不需要為該進程去配置主內存空間，只有當該進程被被調用的時候才會被加載到主內存。
可以想像一個很大的程序，當他執行時被操作系統調用，其運行需要的內存數據都被存到磁盤內的虛擬內存，只有需要用到的部分才被加載到主內存內部運行。
內存管理，是指軟件運行時對計算機內存資源的分配和使用的技術。其最主要的目的是如何高效，快速的分配，並且在適當的時候釋放和回收內存資源。一個執行中的程式，譬如網頁浏覽器在個人電腦或是圖靈機（Turing machine）裡面，為一個行程將資料轉換於真實世界及電腦內存之間，然後將資料存於電腦內存內部（在計算機科學，一個程式是一群指令的集合，一個行程是電腦在執行中的程式）。一個程式結構由以下兩部分而成：“本文區段”，也就是指令存放，提供CPU使用及執行； “資料區段”，儲存程式內部本身設定的資料，例如常數字串。
內存可以通過許多媒介實現，例如磁帶或是磁盤，或是小陣列容量的微芯片。 從1950年代開始，計算機變的更復雜，它內部由許多種類的內存組成。內存管理的任務也變的更加復雜，甚至必須在一台機器同時執行多個進程。
虛擬內存是內存管理技術的一個極其實用的創新。它是一段程序（由操作系統調度），持續監控著所有物理內存中的代碼段、數據段，並保證他們在運行中的效率以及可靠性，對於每個用戶層（user-level）的進程分配一段虛擬內存空間。當進程建立時，不需要在物理內存件之間搬移數據，數據儲存於磁盤內的虛擬內存空間，也不需要為該進程去配置主內存空間，只有當該進程被被調用的時候才會被加載到主內存。
可以想像一個很大的程序，當他執行時被操作系統調用，其運行需要的內存數據都被存到磁盤內的虛擬內存，只有需要用到的部分才被加載到主內存內部運行。
