c++内存模型的详细阐述

一、c 内存模型有哪些

c语言的内存模型主要包括4个方面：数据类型在内存中的分布、存储类型、指针、内存分配和释放。

数据类型在内存中的分布，首先是指针类型，在32位系统中占4个字节，在64位系统中占8个字节；其次是字符型，占1个字节；整型、单精度浮点型、双精度浮点型分别占4、4、8个字节；结构体中的成员按照数据类型的大小依次存放。

存储类型包括自动存储、静态存储、寄存器存储、外部存储。其中，自动存储是指在函数内部定义的局部变量，在函数执行时分配空间，在函数执行结束后自动释放所分配的空间；静态存储是指全局变量或static变量，程序开始时分配空间，在程序结束后释放；寄存器存储是在寄存器中存储变量，可提高效率；外部存储包括在多个文件中共享的全局变量或函数，需要在变量或函数声明时加上extern关键字。

指针是c语言的一个重要特性，通过指针可以实现内存地址的访问及修改。指针有多种类型，可以指向不同类型的数据。同时，指针也存在指针运算和指针类型的转换。

内存分配和释放主要是通过malloc、calloc、realloc、free等函数实现。

二、c++内存模型

c++继承了c语言的内存模型，同时也对其进行了扩展。c++中引入了对象的概念，将数据和操作封装到一个对象中，最终实现面向对象编程。

在c++中，对象的内存分布主要包括虚函数表、对象成员、虚拟继承相关信息等。一个类的虚函数表（vtable）存储着所有虚函数的地址，当一个对象的虚函数被调用时，通过vtable获取对应函数的地址来执行函数。对象成员的内存布局与c语言类似，按照数据类型的顺序分配，其中包括普通的成员变量及函数指针等。虚拟继承用于解决多继承时产生的菱形继承问题，因此还需要记录虚拟继承的相关信息。

c++中的指针也与c语言类似，但是c++中引入了引用（reference）的概念，引用提供了一种简单的方式来修改变量的值，同时避免了指针的复杂性。引用在内部实现上也是通过使用指针，但是语言本身提供了更为友好的语法和类型限制，使得程序更容易理解和维护。

c++中的内存分配和释放与c语言类似，提供了new和delete运算符用于动态分配和释放内存。注意，在使用new和delete时需要考虑到对象构造和析构函数，避免内存泄漏。

三、go内存模型

与c++相比，go语言的内存模型更加简单。go中没有类的概念，但是提供了结构体（struct）和接口（interface）用于封装数据和操作。go语言中，变量的内存分配和释放由垃圾回收器（garbage collector）自动处理，减少了程序员的内存管理负担，同时避免了内存泄漏、野指针等问题。

go语言的指针与c和c++类似，但是指针运算在go中是不允许的。go语言中的引用（reference）被称为指向指针的指针（pointer to pointer），相比c++中的引用更为复杂，但是也提供了类似的语法和类型限制。

go语言提供了内置的并发机制——goroutine和channel，并且通过跨越多个goroutine共享内存的方式来实现不同goroutine之间的同步和通信。此时，需要注意goroutine之间内存访问的同步和顺序问题，避免数据竞争和内存不一致的问题。

四、jmm内存模型

jmm指java内存模型（Java Memory Model），用于描述多线程内存访问时所遵循的规则和约定。与c++和go不同，java语言是通过jvm（Java Virtual Machine）提供的虚拟机层面来管理内存的。

jmm主要包括线程之间的内存可见性和操作的顺序性两个方面。内存可见性是指对同一个内存位置的写操作对于其他线程的可见性，需要通过同步机制来保证。操作的顺序性是指同一个线程的操作顺序需要按照代码的执行顺序执行，但是不同线程之间的操作顺序是无法确定的。

在jmm中，volatile和synchronized关键字提供了两种常见的同步机制。volatile关键字通过保证变量的可见性和禁止指令重排序来解决内存可见性问题；synchronized通过互斥锁的方式来保证同一时间只有一个线程能够访问关键代码段，从而解决并发访问问题。

五、spark内存模型

spark是一种流式计算框架，由于其需要处理数据流，因此需要考虑到内存管理和数据分布的问题。spark的内存模型主要包括RDD（Resilient Distributed Dataset）的概念和内存使用策略。

RDD是spark中的一个重要概念，用于描述分布式存储在不同节点上的数据集，RDD可以分为持久化RDD和非持久化RDD。非持久化RDD仅在内存中存储，当内存空间不足时，可以使用LRU（Least Recently Used）算法进行清理；持久化RDD则可以持久化到磁盘中，可以在计算节点之间进行传递和共享。

spark中的内存使用策略包括静态内存分配和动态内存分配两种方式。静态内存分配通过预分配固定大小的内存块来保证内存的稳定性和可靠性；动态内存分配则可以根据需要动态调整内存块的大小，从而提高内存的利用率。

六、jvm的内存模型

jvm内存模型是指jvm对内存的管理和分配方式。与c++和go类似，jvm也提供了类和对象的概念，同时还有线程和堆栈等概念。

jvm中的内存主要分为堆（heap）和栈（stack）两个部分。堆是用于存储对象的内存区域，所有对象都在堆中分配空间并释放空间；栈用于存储方法调用信息和局部变量，随着方法的调用和返回而动态地分配和释放空间。

jvm还提供了垃圾回收器（garbage collector）用于自动管理内存，避免内存泄漏和野指针等问题。垃圾回收器通过识别不再被引用的对象并将其回收来释放内存空间。jvm内存模型中，同步和顺序问题同样需要通过同步机制来解决。

七、内存模型c语言

内存模型c语言是指c语言中的内存管理和分配方式。c语言中的内存管理主要包括自动存储、静态存储、寄存器存储、外部存储以及动态内存分配和释放。

自动存储是指在函数内部定义的局部变量，在函数执行时分配空间，在函数执行结束后自动释放所分配的空间；静态存储是指全局变量或static变量，程序开始时分配空间，在程序结束后释放；寄存器存储是在寄存器中存储变量，可提高效率；外部存储包括在多个文件中共享的全局变量或函数，需要在变量或函数声明时加上extern关键字。动态内存分配和释放主要是通过malloc、calloc、realloc、free等函数实现。

c语言中同样也存在指针和引用的概念，使用方式和c++中类似。同时需要注意指针运算的边界和内存的安全问题。

原创文章，作者：XAGFU，如若转载，请注明出处：https://www.506064.com/n/371608.html