面试题：C++中堆和栈空间分配在局部变量与动态内存分配上的差异

Question

请阐述在C++中，局部变量是如何在栈上分配空间的，以及使用new关键字动态分配内存（堆上）与栈上局部变量分配空间在生命周期、内存管理方式上有哪些不同？

Answer 1

局部变量在栈上分配空间

1. 过程：
   • 当函数被调用时，系统会为该函数在栈上分配一块栈帧空间。栈帧中包含函数的参数、局部变量等信息。
   • 局部变量按照其声明顺序依次在栈帧内分配空间。例如，以下代码：

void func() {
    int a;
    double b;
}

• 先为int类型的变量a分配4个字节（假设为32位系统）的栈空间，接着为double类型的变量b分配8个字节的栈空间。
• 栈是从高地址向低地址增长（大多数系统），分配的空间在函数调用结束时，栈帧被销毁，局部变量占用的栈空间被自动释放。

栈上局部变量与堆上动态分配内存（new关键字）的不同

1. 生命周期：
   • 栈上局部变量：
     • 其生命周期与函数调用紧密相关。在函数被调用时创建，函数结束时销毁。例如：

void func() {
    int localVar = 10;
    // localVar在此处存在
}
// 函数结束，localVar被销毁

• 堆上动态分配内存（new关键字）：
  • 由程序员手动控制其生命周期。使用new关键字分配内存后，直到使用delete关键字释放内存，这块内存才会被回收。例如：

int* heapVar = new int(20);
// heapVar指向的内存一直存在，直到执行delete操作
delete heapVar;

2. 内存管理方式：
   • 栈上局部变量：
     • 内存管理由系统自动完成。系统在函数调用和结束时，自动分配和释放栈帧空间，程序员无需手动干预。例如函数func中声明的局部变量，函数结束时，它们占用的栈空间自动释放。
   • 堆上动态分配内存（new关键字）：
     • 需要程序员手动管理。如果使用new分配了内存，却没有对应的delete操作，就会导致内存泄漏。例如以下代码：

void leakMemory() {
    int* ptr = new int(30);
    // 这里没有delete ptr，会导致内存泄漏
}

• 同时，使用delete释放内存后，指针应该置为nullptr，防止成为野指针，例如：

int* heapVar = new int(40);
delete heapVar;
heapVar = nullptr;