Linux环境下C++内存管理技巧

基础内存管理

1. new/delete操作符

   • 使用new分配内存，delete释放内存
   • 对于数组使用new[]和delete[]

   int* ptr = new int(10);  // 分配单个int
   int* arr = new int[10];  // 分配数组
   delete ptr;              // 释放单个
   delete[] arr;            // 释放数组
   

2. malloc/free与new/delete的区别

   • malloc/free是C库函数，不调用构造/析构函数
   • new/delete是C++操作符，会调用构造/析构函数

智能指针

1. unique_ptr

   • 独占所有权，不能复制只能移动

   std::unique_ptr<int> uptr(new int(10));
   auto uptr2 = std::move(uptr);  // 所有权转移
   

2. shared_ptr

   • 共享所有权，使用引用计数

   std::shared_ptr<int> sptr1 = std::make_shared<int>(20);
   auto sptr2 = sptr1;  // 引用计数增加
   

3. weak_ptr

   • 不增加引用计数，解决循环引用问题

   std::weak_ptr<int> wptr = sptr1;
   if(auto tmp = wptr.lock()) {
      // 使用临时shared_ptr访问资源
   }
   

高级技巧

1. 自定义内存分配器

   • 重载new/delete操作符

   void* operator new(size_t size) {
      void* p = malloc(size);
      if(!p) throw std::bad_alloc();
      return p;
   }
   
   void operator delete(void* p) noexcept {
      free(p);
   }
   

2. 内存池技术

   • 预分配大块内存，减少频繁分配开销
   • 适用于大量小对象分配场景

3. 使用valgrind检测内存泄漏

   valgrind --leak-check=full ./your_program
   

Linux特有工具

1. pmap查看内存映射

   pmap -x <pid>
   

2. 使用mlock锁定内存

   • 防止内存被交换到swap分区

   mlock(ptr, size);  // 锁定
   munlock(ptr, size); // 解锁
   

3. 内存对齐分配

   void* aligned_alloc(size_t alignment, size_t size);
   posix_memalign(&ptr, alignment, size);
   

最佳实践

1. 优先使用智能指针而非裸指针
2. 使用RAII(Resource Acquisition Is Initialization)原则管理资源
3. 对于性能关键代码，考虑使用内存池
4. 定期使用工具检查内存泄漏
5. 注意多线程环境下的内存安全问题

性能优化

1. 使用jemalloc/tcmalloc替代glibc malloc

   LD_PRELOAD=/usr/lib/x86_64-linux-gnu/libjemalloc.so.1 ./your_program
   

2. 大页内存(Huge Pages)

   // 在程序启动前设置
   // echo 20 > /proc/sys/vm/nr_hugepages
   void* ptr = mmap(NULL, size, PROT_READ|PROT_WRITE, 
                  MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS|MAP_HUGETLB, -1, 0);
   

3. NUMA感知内存分配

   #include <numa.h>
   void* numa_alloc_onnode(size_t size, int node);
   

通过合理运用这些技巧，可以显著提高Linux环境下C++程序的内存管理效率和安全性。