Linux C++中内存管理如何实现 - 问答

在Linux环境下使用C++进行内存管理，主要涉及以下几个方面：

1. 堆内存管理

new 和 delete：
- new 用于动态分配内存，并返回指向该内存的指针。
- delete 用于释放之前通过 new 分配的内存。
```
int* ptr = new int(10); // 动态分配一个int，初始化为10
delete ptr; // 释放内存
```

new[] 和 delete[]：

用于动态分配和释放数组。

int* arr = new int[10]; // 动态分配一个包含10个int的数组
delete[] arr; // 释放数组内存

2. 栈内存管理

栈内存由编译器自动管理，函数调用时自动分配，函数返回时自动释放。

void func() {
    int localVar; // 栈上分配
} // localVar 在这里自动释放

3. 内存池

使用内存池可以减少频繁的内存分配和释放操作，提高性能。

#include <vector>

class MemoryPool {
public:
    void* allocate(size_t size) {
        if (size > blockSize) {
            throw std::bad_alloc();
        }
        if (freeList.empty()) {
            expandPool();
        }
        void* ptr = freeList.back();
        freeList.pop_back();
        return ptr;
    }

    void deallocate(void* ptr) {
        freeList.push_back(ptr);
    }

private:
    void expandPool() {
        char* newBlock = new char[blockSize];
        for (size_t i = 0; i < blockSize / sizeof(void*); ++i) {
            freeList.push_back(newBlock + i * sizeof(void*));
        }
        totalBlocks += blockSize / sizeof(void*);
    }

    static const size_t blockSize = 1024; // 每个内存块的大小
    std::vector<void*> freeList;
    size_t totalBlocks = 0;
};

4. 智能指针

使用智能指针可以自动管理内存，避免内存泄漏。

std::unique_ptr：独占所有权。

#include <memory>

std::unique_ptr<int> ptr(new int(10));

std::shared_ptr：共享所有权。

#include <memory>

std::shared_ptr<int> ptr1 = std::make_shared<int>(10);
std::shared_ptr<int> ptr2 = ptr1; // 共享所有权

std::weak_ptr：配合 std::shared_ptr 使用，避免循环引用。

#include <memory>

std::shared_ptr<int> shared = std::make_shared<int>(10);
std::weak_ptr<int> weak = shared;

5. 内存泄漏检测

使用工具如 valgrind 来检测内存泄漏。
```
valgrind --leak-check=full ./your_program
```

6. 内存对齐

确保数据结构在内存中对齐，可以提高访问速度。
```
struct alignas(16) AlignedStruct {
    float data[4];
};
```

7. 内存映射文件

使用 mmap 系统调用将文件映射到内存中，提高文件读写效率。

#include <sys/mman.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

int fd = open("file.txt", O_RDONLY);
size_t length = lseek(fd, 0, SEEK_END);
void* addr = mmap(NULL, length, PROT_READ, MAP_PRIVATE, fd, 0);
if (addr == MAP_FAILED) {
    perror("mmap");
    close(fd);
    return 1;
}
// 使用 addr 进行读写操作
munmap(addr, length);
close(fd);

通过以上方法，可以在Linux环境下使用C++进行高效的内存管理。

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