C++面试——内存

一、简述堆和栈的区别

维度	栈（Stack）	堆（Heap）
生命周期	随函数调用自动创建/销毁	由程序员或垃圾回收器控制
分配速度	极快（仅移动指针）	慢（需查找空闲块、维护元数据）
空间大小	较小（通常 MB 级）	较大（受系统内存限制）
连续性	连续内存，自上而下生长	非连续，易产生碎片
典型用途	局部变量、函数参数	动态数组、对象、大内存
线程安全	每个线程独立栈	多线程共享，需同步
示例	int a = 10;	int *p = new int(10);

一句话：栈像自动售货机，随拿随走；堆像仓库，按需申请、手动归还。

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二、简述C++的内存管理

C++ 的内存管理可简化为 “三区域、两手段、一原则”：

1. 三区域

   • 栈：函数帧自动创建/销毁，速度最快。
   • 堆：new/delete 或 malloc/free 手动申请/释放，空间大。
   • 静态/全局区：编译期确定，程序运行期间一直存在。

2. 两手段

   • 手动管理：裸指针 + new/delete，高效但易漏/悬垂。
   • RAII + 智能指针：std::unique_ptr、std::shared_ptr/weak_ptr 把资源生命周期绑定到对象生命周期，自动释放。

3. 一原则

   资源即对象（RAII）：获得资源即构造对象，离开作用域即释放资源——让编译器替你做 delete。

一句话：

用智能指针和 RAII 包装资源，告别手动 delete，把内存管理交给作用域。

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三、malloc和局部变量分配在堆还是栈？

分配方式	所在区域	生命周期	示例
malloc / new	堆（Heap）	程序员手动 free/delete 或程序结束	int* p = (int*)malloc(4);
局部变量	栈（Stack）	离开作用域自动销毁	int x = 10;

一句话：malloc 永远落在堆；局部变量永远落在栈。

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四、程序有哪些section，分别的作用？程序启动的过程？怎么判断数据分配在栈上还是堆上？

（1）、典型可执行文件（ELF）里的 section（段）

（按低→高地址排列，括号内为常见段名）

Section	作用	生命周期
.text	机器指令（代码）	只读，整个进程
.rodata	只读常量（字符串、const 全局）	同上
.data	已初始化的全局/静态变量	整个进程
.bss	未初始化的全局/静态变量（默认 0）	整个进程
heap	运行时动态分配（malloc/new）	程序员控制
共享库映射区	mmap 的 .so 文件、匿名映射	按需加载
stack	函数帧、局部变量、返回地址	随函数进出
命令行参数 & 环境变量	argc, argv, envp	进程启动时由内核放进来
内核空间	内核代码/数据（用户不可见）	整个系统

（2）、程序启动的 9 步流程（Linux 为例）

1. Shell fork → 创建子进程
2. 内核 execve 装载 ELF
3. 读 ELF header → 解析各个 section 偏移和长度
4. 建立虚拟地址空间：
   • 把 .text/.rodata/.data/.bss 映射进来
   • 为 heap 预留一段匿名映射（brk 起点）
   • 预留 stack 区域并设置 RSP
5. 装载动态链接器 (ld-linux.so) → 映射到共享区
6. 重定位 & 符号解析 → 把 .so 的 .text/.data 填进共享区
7. 初始化 .bss 为 0
8. 运行 .init / __libc_start_main → 调全局对象构造函数
9. 跳转到 main → 用户代码开始

（3）、如何判断数据在 栈 还是 堆？

场景	所在区域	判断技巧
int x = 5;	栈	作用域结束即销毁
int *p = new int(5);	堆	离开作用域后 *p 仍有效，需要 delete
static int x;	全局区(.data/.bss)	整个进程生命周期
`const char *s = “hello”;	` 只读段(.rodata)	地址位于低地址只读区域
malloc(…) 返回值	堆	gdb / pmap / cat /proc/$$/maps 可见匿名映射

最实用的运行时判断

pmap -x <pid>

• 区间名 [stack] → 栈
• 区间名 [heap] → 堆
• 区间名 /lib/ld-linux.so → 共享区

一句话总结

代码在 .text，常量在 .rodata，全局/静态在 .data/.bss，动态在 heap，局部在 stack；启动时内核按 ELF 把段映射进虚拟地址空间，运行时看作用域和分配 API 即可区分栈与堆。

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五、初始化为0的全局变量在bss还是data

初始化为 0（或全零）的全局变量 放在 .bss，而不是 .data。

（.data 只收“非零初始值”的全局/静态变量。）

int g1 = 0;          // .bss
int g2 = 42;         // .data
static int s1 = 0;   // .bss
static int s2 = 1;   // .data

一句话：

零初始化的全局/静态变量进 .bss，非零才进 .data。

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六、简述C++中内存对齐的使用场景

一句话：

“让数据在内存里按照 CPU 最喜欢的地址倍数排排坐，从而少一次访存、多一次 SIMD。”

1️⃣ 典型场景

场景	原因	关键词
结构体/类成员布局	避免空洞、保证原子变量对齐	#pragma pack, alignas
SSE/AVX 指令	128/256/512 bit 必须 16/32/64 字节对齐	alignas(16)
malloc/new 无法满足	自定义对齐内存	std::aligned_alloc, std::aligned_storage
共享内存/网络协议	跨平台二进制兼容	alignas(uint32_t)
原子操作	std::atomic<T> 要求 T 自然对齐	alignof(std::max_align_t)

2️⃣ 一行代码示例

struct alignas(32) Vec4 {float x, y, z, w;
};          // 起始地址一定是 32 的倍数，可直接 `_mm256_load_ps`

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3️⃣ 口诀

“原子对齐保并发，SIMD 对齐保速度，协议对齐保兼容。”

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