C++内存释放

Question

我是一名有用的助手，可以翻译文本。

我正在尝试测试自己对C++内存分配的理解。

针对下面的程序：

{
    int a=0;
}

由于a是从堆栈中分配的，所以当变量超出作用域时应该释放，对吧？

好的，很简单。那么这种情况呢：

{
    Matrix m(50, 20);
}

假设有一个矩阵类，我正在创建一个50行20列的新矩阵。显然，不可能在堆栈上分配所有内存，因为50和20可以在运行时被填充。所以我猜想，在构造函数中的某个地方，它们从堆中分配内存。

当m超出范围时，析构函数会被调用吗？并且该析构函数应该释放（删除）它分配的内存吗？

现在真正困难的来了：

{
    Matrix t;
    {
        Matrix m(50, 20);
        t=m;
    }
}

那么会发生什么？t是否会被分配到m的内存位置？还是会复制m中的数据？如果t是m的引用，那么当m超出作用域时会发生什么？m的析构函数会被调用吗？还是等到t超出作用域才调用t/m的析构函数？

- Jason

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“m 的析构函数会被调用吗？” 是的，“还是它会等到 t 超出范围后才调用 t/m 的析构函数？” 不会。其他问题涉及 Matrix 的程序员所决定的内容，我们无法知道。 - Cheers and hth. - Alf

把它想象成结束大括号 '}' 的位置，任何栈变量的析构函数都会在这里被调用。 - James

这完全取决于Matrix的编码方式。 - juanchopanza

Answer 1

当其超出作用域时，m的析构函数会被调用？该析构函数应释放（删除）它分配的内存？

是的，通常是这样。

现在真正困难的部分：

{
    Matrix t;
    {
        Matrix m(50, 20);
        t=m;
     }
}

那么会发生什么？t被分配到m的内存位置吗？还是对m中的数据进行复制？实际上，赋值操作符会被调用：

t.operator=(m);

由您作为Matrix的实现者，需要确保有效的语义。有几种可能的方法：

1. 赋值运算符可以复制m的数据。在这种情况下，生命周期和所有权都不存在问题。然而，在此方法中，赋值操作的成本较高。
2. 赋值运算符可以使t指向与m相同的数据。这可能是可行的，但需要非常小心地确保正确管理数据的生命周期，并且修改一个矩阵不会意外地修改另一个矩阵。一种方法是保持引用计数指针来管理数据，并在修改数据时使用写时复制。一些旧版本的std::string实现就属于这种类型。

- NPE

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在示例中Matrix m(50,20)中是否有堆分配？ - David G

@David：很有可能是这样。然而，可以构建一种实现方式，在这种方式中不会有任何内存（其中内存来自堆栈，或直接从操作系统绕过堆分配）。 - NPE

@David 可能是这样，但如果不查看代码就无法确定。 - juanchopanza

std::string 的实现大多已经放弃了引用计数和 CoW，转而采用小字符串优化。首先，C++11 不再允许 CoW，而且在多线程程序中共享会影响性能。 - bames53

Answer 2

实际上，这很容易。

在第一种情况下，你是对的。自动分配，自动释放。

在第二种情况下，它并没有什么不同。Matrix类构造函数处理任何需要的额外内存，其析构函数应该将其释放。

在第三个类中，内部作用域变量被复制到外部作用域变量。Matrix类应该遵循三大法则，因此应正确处理副本。

所有这些都假定Matrix的实现是正确的。

- Fred Larson

Answer 3

你对于int的理解是正确的。当分配被调用时，栈上会占用一定数量的空间，当变量超出作用域时，该int就会从栈中“弹出”，内存就可以再次使用。

对于矩阵，你并不完全正确。虽然数据是在运行时分配的，但只要栈上有足够的空间，它就可以在栈上分配。在创建矩阵时，它会被推到栈上。它在栈上占用的空间取决于它的管理方式。在其构造函数中，它可能会将内存分配给堆，或者它可能只是占用了大块的栈空间。如果栈上没有足够的空间，你将在运行时得到一个栈溢出异常。

你说的没错，如果它在构造时分配了内存，那么在析构时应该清理它。但是它不必这样做，在某些情况下，它甚至不应该这样做（例如，如果它实际上已经将内存转移/共享给另一个对象）。

在最后一种情况下，发生的情况如下：

Matrix t;

这将使用类的默认构造函数创建一个矩阵。它是否在此处保留任何内存取决于该构造函数中包含什么。它可能会保留内存，但也可能不会。

Matrix m(50, 20);

这使用类的不同构造函数创建矩阵。同样，它可能会保留内存，但也可能不会（例如，除了堆栈上的空间外，它可能不占用任何其他空间，直到添加了一些“真实”数据为止）

t=m;

这里发生的事情取决于类。此时，这不是构造函数，而是t的赋值函数：

Matrix& operator=(const Matrix& m){
    ....
}

在被调用时，有些赋值构造函数会复制数据，有些则会复制指向数据的指针而不是实际的数据本身。然而，在后一种情况下，类应该处理m超出范围的情况，拒绝删除数据，而是依靠t的构造函数来完成。 但同样，他们不必这样做，可能会做得很糟糕（特别是随着控制越来越复杂）

这里至关重要的是，一旦你达到了类创建和销毁的层次，内存如何处理取决于类的实现。

- deworde

Answer 4

C++的内存分配非常简单，对象作用域也是如此。但C++类设计并不像这么简单。

在你的例子中，每次你关闭一个大括号时，局部对象a、m或t（对于你最后一个例子中的外部大括号集）就会超出作用域，并调用它们的析构函数。对于int来说，析构函数很简单，只需删除堆栈上的对象即可。对于m来说，它是Matrix类的自定义析构函数，对于任何值得尊敬的库，您可以假设它正确地释放了对象。

使t复杂的不是析构函数，而是从m赋值。在大多数矩阵类的实现中，t = m将导致将m的内容复制到t中，后者将在堆上拥有自己的内存。然后，随着每个对象超出作用域，它们对应的内存被释放。

如果实现更加复杂，则由类设计人员确保正确处理每个对象的销毁（您需要正确使用库以便它能够正常工作）。

- Sepand

Answer 5

What happens then? Does t get assigned to the memory location of m?

这是对默认成员浅拷贝的复制构造函数的调用。

但是如果您已经重载了赋值运算符，那么可以选择分配引用或创建一个完全新的对象。

对于其余问题：

析构函数的调用取决于您是显式调用还是让它使用默认设置。 在默认情况下，当变量或对象超出范围时会调用它。

- Arpit