01 | 堆、栈、RAII：C++里该如何管理资源？

精选留言(54)

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  Milittle

  说实话，这个专栏对于我这个经常使用C++来做项目的人来讲，我认为不适合初学者，上车需要有过C++开发经验的。一般的小伙伴可能会有压力哒，但是如果想学，克服心里畏惧，从这个专栏出发可以迅速的深入。很好的专栏。

  作者回复: 谢谢。这个专栏是要求之前学过、用过C++的。没学过的不合适。

  2019-11-26

   2

   20
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  hello world

  没有引用计数，没有拷贝和移动，没有线程安全，没有自定义delete函数，另外想请教老师一些问题.
  1. 全局静态和局部静态的变量是存储在哪个区域？看很多书是静态存储区，但静态存储区又是什么区？堆？
  2. thread local的变量存储在哪个区？因为线程是动态创建的，理解这个变量内存也应该动态分配的，线程结束内存自动释放？难道也是堆？
  3. 类的大小是怎么定的呢？一般都是看类的成员变量占用字节数再根据是否虚类看是否加4字节，但是类里面有很多成员函数，这些成员函数不占空间吗，如果有静态成员变量或者静态成员函数呢？
  谢谢老师!

  作者回复: 其他都对，不过，自定义delete似乎目前没这个必要？
  
  1. 好问题。静态存储区既不是堆也不是栈，而是……静态的。意思是，它们是在程序编译、链接时完全确定下来的，具有固定的存储位置（暂不考虑某些系统的地址扰乱机制）。堆和栈上的变量则都是动态的，地址无法确定。
  
  2. thread_local和静态存储区类似，只不过不是整个程序统一一块，而是每个线程单独一块。用法上还是当成全局/静态变量来用，但不共享也就不需要同步了。
  
  3. 非静态数据成员加上动态类型所需的空间。注意后者不一定是4，而一般是指针的大小，在64位系统上是8字节。还有，要考虑字节对齐的影响。静态数据成员和成员函数都不占个别对象的空间。

  2019-11-26

   7

   16
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  NEVER SETTLE

  学习笔记：
  
  1、概念
  堆（heap）：在内存管理中，指的是动态分配内存的区域。当被分配之后需要手工释放，否则，就会造成内存泄漏。
  C++ 标准里一个相关概念是自由存储区（free store），特指使用 new 和 delete 来分配和释放内存的区域。
  这是堆的一个子集：new 和 delete 操作的区域是 free store，而 malloc 和 free 操作的区域是 heap 。
  但 new 和 delete 通常底层使用 malloc 和 free 来实现，所以 free store 也是 heap。
  
  栈（stack）：在内存管理中，指的是函数调用过程中产生的本地变量和调用数据的区域。
  
  RAII（Resource Acquisition Is Initialization）：C++ 所特有的资源管理方式。
  RAII 依托栈和析构函数，来对所有的资源——包括堆内存在内——进行管理。
  对 RAII 的使用，使得 C++ 不需要垃圾收集方法，也能有效地对内存进行管理。
  
  2、堆
  C++程序需要牵涉到两个的内存管理器的操作：
  
  1). 让内存管理器分配一个某个大小的内存块
  分配内存要考虑程序当前已经有多少未分配的内存。
  内存不足时要从操作系统申请新的内存。
  内存充足时，要从可用的内存里取出一块合适大小的内存，并将其标记为已用，然后将其返回给要求内存的代码。
  
  2). 让内存管理器释放一个之前分配的内存块
  释放内存不只是简单地把内存标记为未使用。
  对于连续未使用的内存块，通常内存管理器需要将其合并成一块，以便可以满足后续的较大内存分配要求。
  目前的编程模式都要求申请的内存块是连续的。
  
  从堆上申请的内存需要手工释放，但在此过程中，内存可能有碎片化的情况。
  一般情况下不需要开发人员介入。因为内存分配和释放的管理，是内存管理器的任务。
  开发人员只需要正确地使用 new 和 delete，即每个 new 出来的对象都应该用 delete 来释放。
  
  3、栈
  大部分计算机体系架构中，栈的增长方向是低地址，因而上方意味着低地址。
  任何一个函数，根据架构的约定，只能使用进入函数时栈指针向上部分的栈空间。
  当函数调用另外一个函数时，会把参数也压入栈里，然后把下一行汇编指令的地址压入栈，并跳转到新的函数。
  新的函数进入后，首先做一些必须的保存工作，然后会调整栈指针，分配出本地变量所需的空间，随后执行函数中的代码。
  在执行完毕之后，根据调用者压入栈的地址，返回到调用者未执行的代码中继续执行。
  
  本地变量所需的内存就在栈上，跟函数执行所需的其他数据在一起。
  当函数执行完成之后，这些内存也就自然而然释放掉了。
  栈上的内存分配，是移动一下栈指针。
  栈上的内存释放，是函数执行结束时移动一下栈指针。
  由于后进先出的执行过程，不可能出现内存碎片。
  
  每个函数占用的栈空间有个特定的术语，叫做栈帧（stack frame）。
  GCC 和 Clang 的命令行参数中提到 frame 的，如 -fomit-frame-pointer，一般就是指栈帧。
  
  如果本地变量是简单类型，C++ 里称之为 POD 类型（Plain Old Data）。
  对于有构造和析构函数的非 POD 类型，栈上的内存分配也同样有效。
  只不过 C++ 编译器会在生成代码的合适位置，插入对构造和析构函数的调用。
  编译器会自动调用析构函数，包括在函数执行发生异常的情况。
  在发生异常时对析构函数的调用，还有一个专门的术语，叫栈展开（stack unwinding）。
  
  在 C++ 里，所有的变量缺省都是值语义。
  引用一个堆上的对象需要使用 * 和 & 。
  对于像智能指针这样的类型，使用 ptr->call() 和 ptr.get()，语法上都是对的，并且 -> 和 . 有着不同的语法作用。
  这种值语义和引用语义的区别，是 C++ 的特点，也是它的复杂性的一个来源。
  

  作者回复: 认真记笔记非常好。
  
  不过，建议笔记还是记关键字和要点，解释文字不用多。否则篇幅跟原文接近就意义不大了。

  2019-11-26

   1

   10
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  bo

  老师您好！工程的时候，具体怎么考虑在栈上分配还是在堆上分配，更合理些？

  作者回复: 凡生命周期超出当前函数的，一般需要用堆（或者使用对象移动传递）。反之，生命周期在当前函数内的，就该用栈。

  2019-11-26

   2

   9
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  hello world

  话说一般delete.后需要把这个变量置成nullptr吗，我有时候这样写，不知道有没有必要

  作者回复: 如果这个变量下面还有用到的地方，这是个好习惯。不过，这个习惯主要还是从C来的。现代C++不推荐一般代码里再使用裸指针和new/delete的。

  2019-11-26

   4

   6
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  yuchen

  怕评论中您看不到，在此再问一下，麻烦您啦～
  上个问题回顾：
  对于图2d有疑惑，希望该图绘制中可以标明main函数占用的栈空间范围及其对应的栈帧，同理，对bar和foo也一样。如果将图2d从下到上每行编号为0，1，2，...，7，那么main、bar和foo对应的栈空间占用、栈帧分别是那几行呢？
  您的回答：嗯，问得有道理。我的颜色选取不够好，回头改一下。按一般的栈帧定义，只有 0 属于 main，1–4 属于 bar。5 以上属于 foo。
  
  首先，非常感谢您的回复～
  
  然而，看到有人这样问您：“参数42”和“a=43”分别是函数调用的参数和函数局部变量，应该属于同一个栈帧，为什么这里不同？
  您的回答是：同样，实际实现通常就是这个样子的。参数属于调用者而非被调用者，一般也是由调用者来释放——至少一般 x86 的实现是这个样子。
  
  那么和您这里回答我的就不一致的呢。您这里回答我1-4属于bar，因此，那个人问的问题（“参数42”和“a=43”应该属于同一个栈帧）这句就是对的。另外您说“参数属于调用者而非被调用者”，这里1-4既然属于bar了，那么参数42不就属于了被调用者bar了吗？我理解的是main是调用者，main调用了bar，则bar是被调用者。

  作者回复: 这里主要牵涉到“栈帧”是如何定义的。虽然“参数属于调用者而非被调用者，一般也是由调用者来释放”概念上没有错，但我当时对“栈帧”的定义想当然了。我后来又查了一下定义（用词要以大家接受的用法为准），发现参数和局部变量应该算作一个栈帧里。也就是说，你们这儿的质疑是有道理的。所以，目前我已经把图修改了，这样应该就都没有疑问了。

  2019-11-26

  

   4
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  吴军旗^_^

  老师可推荐一下教程吗？ 从php转过来的，感觉有点难。

  作者回复: 如果刚开始学的话，这个专栏可能会有点挑战。可以先看一下 C++ 之父的 A Tour of C++，国内出版叫《C++语言导学》(谢谢小猪钱钱同学告知)。
  
  另外，《C++ Primer》名声很响，但 848 页初学有点厚了。注意不是《C++ Primer Plus》，这本跟前者完全无关，不推荐。

  2019-11-25

   1

   3
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  Jerry银银

  老师反复提到，没有学过、用过c++的人不适合学；我的观点稍微有点不同：计算机基础知识扎实，熟悉Java和c，这门课还是蛮适合的。
  
  计算机基础知识深厚，深入理解堆和栈的区别，知道什么时候用堆内存，什么时候用栈内存，那么，剩下的就是语法了。

  作者回复: 嗯，有点道理。但需要学习能力很强，因为我假设你是懂C++的基本语法的。

  2019-12-07

   1

   2
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  浑浑噩噩cium

  
  void foo(int n)
  {
    Obj obj;
    if (n == 42)
      throw "life, the universe and everything";
  }
  变量释放，析构函数调用是函数返回的时候调用的。
  我测试了下如果没有捕获异常的话第二个obj的析构函数没有被调用程序结束，说明:
  1.析构是在foo函数返回的时候调用的
  2.抛异常的函数没有返回，不会自动释放变量
  3.如果捕获了异常，就在catch里面释放异常函数foo里面的变量。

  作者回复: 「std::terminate() 为 C++ 运行时在异常处理因下列原因失败时调用：
  1) 抛出的异常未被捕捉（此情况下是否进行任何栈回溯是实现定义的）
  …」
  
  https://zh.cppreference.com/w/cpp/error/terminate

  2019-12-02

  

   1
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  Geek_3f3bcb

  看的有点爽

  作者回复: 哈，你是第一个用这个形容词的。😁

  2019-12-01

  

   1
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  史鹏飞

  老师在shape_wrapper类下边的foo函数调用完后，会把shape析构掉，但如何析构circle呢？

  作者回复: 这就是面向对象里的基本用法了。在面向对象的继承体系了，shape需要有一个虚析构函数。这样如果有一个shape*实际指向circle，在delete这个指针时，调用的是circle的析构函数（当然析构过程中，最后也会再调用shape的析构函数）。
  
  下面的代码可以展示这个过程：
  
  #include <stdio.h>
  
  class shape {
  public:
    virtual ~shape()
    {
      puts("~shape");
    }
  };
  
  class circle : public shape {
  public:
    ~circle()
    {
      puts("~circle");
    }
  };
  
  int main()
  {
    shape* ptr = new circle();
    delete ptr;
  }
  
  结果是：
  
  ~circle
  ~shape

  2019-11-29

  

   1
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  楚小奕

  这个专栏配合 《modern effect c++》效果很好

  作者回复: Meyers的书对提升C++能力到下一个台阶是非常重要的。我也从中学了很多。

  2019-11-29

  

   1
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  xm2018

  关于演示栈展开的那段程序，如果main函数里面不try catch的话，第二个foo(42) obj的析构函数不会被调用，程序非法退出。这种情况算不算泄漏?

  作者回复: 一般不这么看。异常安全性对系统有很多约定，违反了约定，通常 terminate 会被调用。这种情况下就是不做清理工作的。
  
  在Windows上，你甚至可以用 catch(...) 捕获指针越界访问（需要 /EHa 编译参数），但前提条件一样是你需要去 catch。
  
  从另一个角度，程序崩溃时，大部分资源都会被操作系统回收，不会对系统造成问题。我们说泄漏，关注的主要是程序（长时间）运行过程中应该释放而没有释放掉的东西，如内存、文件句柄、锁等等。

  2019-11-29

  

   1
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  Gerry

  栈通常说是向下增长，从高地址到低地址。文中表述是向上增长感觉欠妥。

  作者回复: 因你这句话，我特地又去查了一下，目前看到的图，开口永远是上方。中英文资料都是如此。
  
  这个词的来源实际上可能是堆盘子。显然，你只能从上面取放盘子……

  2019-11-27

   2

   1
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  The rustic

  虽然现在写go了，但是相信以后还会用到c++。c++,近两年确实受到很大的冲击。云原生很不容易有个envoy，但是由于c++的复杂性，导致项目没有那么活跃。

  作者回复: Go也有它的优点。写网络应用Go还是不错的。好的语言多了，也是C++用得少了些的原因。

  2019-11-25

   2

   1
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  执假以为真

  会不会讲内存管理器呢，不是内核中的内存管理，是库级别的。好像Google自己做了一个

  2019-12-13

  

  
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  Sochooligan

  请课堂疑问：
  1. “值语义”这个概念是想说明，C++有指针，很多其他语言没有？
  2. ptr.get() 是什么语义？
  3. ptr->是什么语义？

  作者回复: 1. 恰恰相反，大部分语言里都有像指针的东西，只是不叫指针，不能随意转换和做加减法，也就不那么危险。很多语言都没有值语义——传递对象，而不是对象的指针/引用。
  
  2. 得到一个指针，当然是引用语义。
  
  3. 不是完整表达式，问题没有意义。

  2019-12-12

   2

  
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  Anita

  在 C++ 里，所有的变量缺省都是值语义——如果不使用 * 和 & 的话，变量不会像 Java 或 Python 一样引用一个堆上的对象。对于像智能指针这样的类型，你写 ptr->call() 和 ptr.get()，语法上都是对的，并且 -> 和 . 有着不同的语法作用。而在大部分其他语言里，访问成员只用 .，但在作用上实际等价于 C++ 的 ->。这种值语义和引用语义的区别，是 C++ 的特点，也是它的复杂性的一个来源。要用好 C++，就需要理解它的值语义的特点。
  
  这段有些不理解，老师能再解释一下吗？谢谢

  作者回复: 这么说吧，Java里的一个对象变量相当于C++的指针变量，. 相当于 C++ 的 ->。其他就再多读两遍体会一下吧。

  2019-12-10

  

  
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  panqing

  shape_wraper 缺一个 ref counter

  作者回复: 智能指针也可以不是引用计数的。🤓
  
  不过不管那种，下一讲都会讨论。

  2019-12-08

  

  
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  ChenLicong

  “你写 ptr->call() 和 ptr.get()，语法上都是对的，并且 -> 和 . 有着不同的语法作用”，这句话不太明白

  作者回复: 常用语言里只有C++区分这两种标记（就是文中的例子）。你不能写ptr.call()。一般其他语言里都这样写。

  2019-12-08

  

  