嵌入式之C/C++（二）内存

内存管理是 C/C++ 编程的核心，尤其是嵌入式开发中，对内存的精准把控直接影响程序的稳定性和性能。本文系统梳理 C/C++ 内存分配方式、栈 / 堆区别、函数参数压栈、内存泄漏等高频考点，结合嵌入式开发场景，帮你彻底吃透内存管理的底层逻辑。

1 C 语言中的内存分配方式？

C 语言的内存分配主要分为静态存储区、栈、堆三种核心方式，对应程序运行时不同的内存区域：

①静态存储区分配

分配时机：程序编译阶段完成分配，无需运行时操作；
生命周期：贯穿程序整个运行期间，程序退出时由系统释放；
存储内容：全局变量、static 静态变量（局部 / 全局）、常量字符串；
特点：内存地址固定，无需手动管理，易造成内存长期占用。

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// 全局变量（静态存储区）
int global_var = 10;
// 静态变量（静态存储区）
static int static_var = 20;

void func() {
    // 局部静态变量（仍在静态存储区，仅初始化一次）
    static int local_static = 30;
    local_static++;
    printf("local_static = %d\n", local_static);
}

int main() {
    func(); // 输出31
    func(); // 输出32（值保留，未重新初始化）
    return 0;
}

②栈上分配

分配时机：函数执行时自动分配，函数结束时自动释放；
存储内容：函数参数、局部变量、函数返回地址、寄存器上下文；
特点：速度快、内存连续、空间有限（Windows 默认 2M，Linux 默认 8M），无需手动管理。

③堆上分配

分配时机 ：运行时通过malloc/calloc/realloc（C）或new（C++）手动申请；
释放时机 ：需通过free（C）或delete（C++）手动释放，否则导致内存泄漏；
存储内容：动态创建的变量 / 对象（如动态数组、链表节点）；
特点：空间灵活（受限于虚拟内存）、内存不连续、易产生碎片、分配 / 释放速度慢。

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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    // 堆上分配4个int大小的内存
    int *arr = (int*)malloc(4 * sizeof(int));
    if (arr == NULL) { // 堆分配失败会返回NULL，必须检查
        perror("malloc failed");
        return 1;
    }
    // 使用堆内存
    for (int i = 0; i < 4; i++) {
        arr[i] = i + 1;
    }
    // 释放堆内存
    free(arr);
    arr = NULL; // 避免野指针
    return 0;
}

2 栈与堆的核心区别？

安全性	自动释放，不易泄漏	易泄漏（忘记 free/delete）、易产生野指针

3 栈在C/C++中的核心作用？

栈是程序运行的基础，尤其是嵌入式和多线程开发中，其作用不可替代：

①函数运行的核心载体

存储函数参数、局部变量、返回地址；
保存函数调用时的寄存器上下文，函数返回时恢复现场；
维系函数调用链（如A调用B，B调用C，栈记录各函数的返回地址）。

②多线程 / 中断的基石

每个线程拥有独立的栈空间，避免线程间数据冲突；
嵌入式系统中，中断/异常处理有专属栈，保证中断响应的独立性；
操作系统通过栈管理线程的运行状态，是多任务调度的核心基础。

4 C 语言函数参数的压栈顺序？

①核心规则：从右至左入栈

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#include <stdio.h>

void func(int a, int b, int c) {
    // 栈地址：栈底（高地址）→ 低地址（栈顶）
    // 入栈顺序：c → b → a，因此a的地址最小（栈顶）
    printf("&a = %p\n", &a);
    printf("&b = %p\n", &b);
    printf("&c = %p\n", &c);
}

int main() {
    func(1, 2, 3);
    return 0;
}

输出结果：

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&a = 0x7ffeefbff5c8
&b = 0x7ffeefbff5cc
&c = 0x7ffeefbff5d0

（地址值递增，说明 c 先入栈，a 最后入栈）

②为什么选择从右至左？

核心目的：支持可变参数（如printf）。

从右至左入栈时，最左边的参数（如printf的格式串）位于栈顶，通过栈指针可直接定位；
若从左至右入栈，可变参数的个数无法确定，无法通过栈指针计算参数位置。

5 C++函数返回值的处理方式？

C++支持多种返回方式，不同方式适用于不同场景：

返回方式	特点	使用场景
按值返回	拷贝返回值到临时变量，开销较大	基本数据类型（int/char）、小型结构体
按常量引用返回	不拷贝，效率高，禁止修改返回值	大型对象（如 string、自定义类）
按地址返回	直接返回内存地址，风险高	慎用（避免返回局部变量地址）

注意：禁止返回栈上局部变量的引用/地址（函数结束后栈内存释放，引用/地址变为野指针）。

cs 复制代码

// 错误示例
int& bad_func() {
    int a = 10; // 栈变量
    return a; // 返回栈变量引用，函数结束后a被释放
}

// 正确示例
const int& good_func(const int& val) {
    static int b = val; // 静态存储区，生命周期长
    return b;
}

6 C++ 拷贝构造函数的参数传递规则？

核心结论：不能按值传递，必须按引用传递

原因：避免无限递归

若拷贝构造函数参数为值传递，调用时需先将实参拷贝给形参，这又会触发拷贝构造函数；
循环调用会导致栈溢出，无法完成拷贝。

正确示例：

cpp 复制代码

#include <iostream>
using namespace std;

class Example {
public:
    int aa;
    // 拷贝构造函数：引用传递
    Example(int a) : aa(a) {}
    Example(const Example& ex) { // const保证不修改原对象
        aa = ex.aa;
        cout << "拷贝构造函数调用" << endl;
    }
};

int main() {
    Example e1(10);
    Example e2 = e1; // 调用拷贝构造函数
    cout << "e2.aa = " << e2.aa << endl;
    return 0;
}

7 C++完整的内存布局？

C++虚拟内存分为6个核心区域，比C语言更细化：

栈区	函数参数、局部变量、返回地址	函数执行期

8 内存泄漏：定义、检测与避免？

8.1 内存泄漏的定义？

申请的堆内存使用完毕后未释放，且无任何指针指向该内存，导致这块内存无法被回收，程序运行时间越长，占用内存越多，最终可能导致系统崩溃。

8.2 内存泄漏的判断方法？

编码阶段预防 ：配对使用malloc/free/new/delete，在内存分配后立即规划释放逻辑；
手动管理：维护内存链表，记录所有堆内存的申请/释放，程序结束时检查链表是否为空；
工具检测 ：
- 通用工具：Valgrind（Linux）、AddressSanitizer（Clang/GCC）；
- 专用工具：ccmalloc、Dmalloc、Leaky（嵌入式场景）；
- C++ 智能指针：std::unique_ptr/std::shared_ptr（自动释放内存，避免泄漏）。

8.3 嵌入式场景避坑要点？

嵌入式系统内存资源有限，即使小内存泄漏也会导致系统崩溃；
中断 / 回调函数中避免动态分配内存（易泄漏且影响实时性）；
自定义内存池管理堆内存，减少碎片和泄漏风险。