2025-03-18发表2025-03-18更新C++ / 编程基础11 分钟读完 (大约1672个字)

C++编译与内存相关

预处理：.cpp文件经过预处理生成文本文件.i格式的文件。在这个过程中，对原始的cpp文件中删除注释，展开宏等等。以方便进行下一步处理
编译+汇编：依据在预处理阶段生成的.i文件，进行词法、语法分析和语义检查，之后使用机器字进行替代，转为由汇编语言组成的.o文件
链接：根据编译阶段生成的.o文件，以及静态链接库.a或者动态链接库.so。这由链接方式决定。将.o文件和其执行所需要的库文件进行链接，生成最终的可执行文件。此时也是在这个阶段，.o文件被组合为一个单独的可执行文件，并且生成一个ELF格式的文件。这个ELF文件包括了：可执行代码（.text段），数据（.data段），未初始化数据（.bss段），动态链接信息（如果需要），调试信息（如果启用）。**最终可执行文件的格式就是ELF文件。**ELF文件中保存的内容是编译后运行前生成的内容
加载：在程序执行时，操作系统的加载器会将ELF文件加载到内存中。加载器会根据ELF文件的头部信息（如程序头表和节区头表）确定各个段（如 .text、.data等）的内存位置，并将它们加载到内存中。随后，程序开始执行。

现有如下代码：

void foo(int a) {
    int b = a + 1;
    // 函数执行完毕
}

int main() {
    int x = 10;
    foo(x);  // 调用foo函数
    return 0;
}

栈帧：
- 栈帧是每个函数调用时在栈中分配的内存区域，它包含了函数的返回地址、调用者的栈帧指针、局部变量、参数等信息。栈帧的管理是栈内存结构的核心，每次发生新的函数调用，都会由新的栈帧被创建。通常存在寄存器 %rbp中
栈顶：
- 栈顶指向的是栈内存顶部的区域，它是栈中当前活动的地址位置。通常存在寄存器 %rsp中
发生函数调用时：首先新创建一个新的栈帧，然后将调用者调用的函数结束后的下一条指令的地址压入栈中（返回地址）。然后在将调用者的栈帧的栈指针压入栈中，以及一些上下文的寄存器状态。之后在从右到左依次向栈中压入函数参数，之后在压入一些局部变量。遵循着这样的顺序。

由于程序申请堆内存空间是动态的，而堆内存的管理是操作系统或者内存管理程序分配或者回收的，因此不可避免的会产生内存碎片。
如何解决内存碎片：
- 内存池技术：提前分配好内存，用内存池来管理
- 垃圾回收机制：标记和整理内存来回收未使用的内存，以此来减少碎片
- 最佳适配算法：动态分配时选择最适合需求大小的内存块，避免过多的小碎片
- 合并内存空间：释放内存时，尝试将相邻的空闲内存块合并成更大的块

std::unique_ptr:是一种独占式的智能指针，意味着同一时刻只能有一个 unique_ptr 指向某个对象。同时 unique_ptr不允许赋值，只能通过 std::move转移所有权。当独占式指针超出作用域后，会自动销毁。
std::share_ptr:是一种共享的只能指针，多个 shared_ptr 可以共同拥有同一个对象，智能指针内部会使用引用计数来追踪有多少 shared_ptr 指向同一个对象。当这个引用计数为0的时候，就会释放掉共享指针
std::weak_ptr：是一种弱指针，std::weak_ptr 不影响对象的引用计数，它用于观察一个由 shared_ptr 管理的对象。用于避免由于循环引用（指两个struct中互相有指针互相引用，导致互相持有无法释放，用 weak_ptr就可以解决这个问题）导致 shared_ptr无法释放

总结：std::unique_ptr通过判断在不在作用域来销毁，而 std::share_ptr通过内部的引用计数来判断是否需要销毁。

内存泄漏：指的是程序动态分配的内存未被释放，导致内存长期占用，最终可能导致内存耗尽、程序崩溃等问题。比如new了一个堆空间，但是一直没有delete
如何避免内存泄漏：
- 避免手动管理内存，使用智能指针（C++）
- 使用 RAII 资源管理（C++）：将资源（内存、文件、锁、数据库连接等）与对象的生命周期绑定，确保资源在对象销毁时自动释放，防止资源泄漏。
- 解决循环引用问题和避免悬垂指针

include “ “和include<>的区别：include “ “首先从当前源文件所在目录或用户指定的目录中搜索头文件，如果找不到，则去库文件中寻找。而include<>则是直接去库文件中寻找对应的头文件

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