面试题：C++ 内存模型之栈与堆

Question

在C++中，栈内存和堆内存分别有什么特点？请举例说明变量在栈上和堆上分配内存的方式，并阐述它们在生命周期和内存管理上的区别。

Answer 1

栈内存特点

1. 自动分配与释放：由编译器自动管理，函数内局部变量在栈上分配，函数结束时自动释放。
2. 速度快：分配和释放内存操作简单，速度相对堆内存快。
3. 空间有限：栈的大小在程序运行前就已确定，通常较小。

堆内存特点

1. 手动分配与释放：需要程序员手动使用new（C++）或malloc（C语言）分配，使用delete（C++）或free（C语言）释放。
2. 速度慢：涉及系统调用，分配和释放内存相对复杂，速度比栈慢。
3. 空间大：理论上受限于系统虚拟内存大小，空间相对栈大得多。

变量在栈上分配内存方式

void stackAllocation() {
    int num = 10; // 变量num在栈上分配内存
    char ch = 'a'; // 变量ch在栈上分配内存
}

变量在堆上分配内存方式

void heapAllocation() {
    int* ptr = new int(20); // 使用new在堆上分配内存，返回指向该内存的指针
    char* str = new char[5]; // 在堆上分配一个能容纳5个字符的数组
    delete ptr; // 使用delete释放堆上分配的单个int变量内存
    delete[] str; // 使用delete[]释放堆上分配的数组内存
}

生命周期和内存管理区别

• 生命周期：栈上变量生命周期与所在函数相关，函数结束变量销毁；堆上变量生命周期由程序员控制，手动释放前一直存在。
• 内存管理：栈内存由编译器自动管理，无需程序员干预；堆内存需手动分配和释放，若忘记释放会导致内存泄漏。例如在上述heapAllocation函数中，如果没有delete ptr和delete[] str操作，就会造成内存泄漏。