C++ 内存管理专题

一句话总览

C++ 面试「内存管理」覆盖：进程内存布局、堆与栈、malloc/free 与 new/delete、内存对齐、内存泄漏定位、以及虚拟内存。必须能讲原理，而不只是区别表。

问题清单（含答案）

内存布局 / 分配

1. 进程虚拟地址空间如何分布？

答案

从低到高：代码段(.text)、只读数据(.rodata)、已初始化数据(.data)、未初始化(.bss)、堆(向上增长)、共享库/mmap 区、栈(向下增长)、内核空间。详见 layout.md。

2. C++ 的内存分区？

答案

代码区（函数指令）、全局/静态区（.data/.bss）、堆（new/malloc 动态分配）、栈（局部变量/函数调用）、常量区（.rodata）。

3. 堆和栈的区别？

答案

栈编译器自动管理、快、小（默认 8MB）、LIFO、连续；堆手动管理、慢、大、可碎片化、任意顺序。栈分配只移动栈指针，堆要走分配器。

4. new 在哪分配？失败怎么办？

答案

在堆上分配。失败默认抛 std::bad_alloc；new (std::nothrow) 返回 nullptr；也可设 new_handler 在失败时处理。

5. 栈上放不下用堆；栈大小限制多少？

答案

Linux 默认 8MB（ulimit -s 查看）。递归过深或大局部数组会栈溢出（stack overflow）。

malloc / new

6. malloc 和 new 的区别？

答案

malloc 只分配原始内存、返回 void*、需指定字节数、失败返 NULL、不调构造；new 分配 + 调构造函数、返回类型化指针、失败抛异常、operator new 可重载。详见 malloc-new.md。

7. delete 和 delete[] 的区别？

答案

delete 调一次析构；delete[] 调 N 次析构。所以 new[] 会额外存元素个数（通常前缀 8 字节）供 delete[] 读取——用错会 UB。

8. malloc 底层？

答案

小块走 brk（移动堆顶）、大块走 mmap；内部用 free list/bins 管理空闲块（glibc ptmalloc）。

9. malloc(1KB) vs malloc(1MB)？

答案

glibc 有 MMAP_THRESHOLD（默认约 128KB）：小于走 brk 的堆、free 后留在进程里复用；大于走 mmap 单独映射，free 直接 munmap 还给系统，避免大块长期占用。

10. new 的实现分几步？

答案

① operator new 分配内存（可重载）② 调构造函数。placement new 在已有内存上构造（不分配）；new_handler 在分配失败时被调用（可重试或抛异常）。

对齐 / 内存细节

11. 什么是内存对齐？为什么？

答案

变量地址是其大小（或 alignas 指定值）的整数倍。原因：CPU 按对齐地址一次访存更快，未对齐可能跨 cache line/两次访存、部分平台直接异常。

12. 计算 sizeof(Struct)？

答案

按最大成员对齐，成员按声明顺序排、中间补 padding 到各自对齐边界，末尾再补到整体对齐。经典手算题见 alignment.md。

泄漏 / 排查

13. 内存泄漏怎么检测/避免？

答案

检测：valgrind（memcheck 报泄漏+未初始化读）、ASan（编译插桩，退出时报）、mtrace。避免：RAII/智能指针、用容器、明确所有权。详见 leak.md。

14. 程序崩溃 → core dump 怎么定位？

答案

开启 core（ulimit -c unlimited），崩溃后用 gdb ./prog core 加载，bt 看调用栈。详见 debugging/crash-debug.md。

子文档

文件	内容
index.md	本文件
layout.md	进程/虚拟内存布局、堆栈对比
malloc-new.md	malloc/new/delete/free 区别与底层
alignment.md	内存对齐与 sizeof 手算
leak.md	泄漏检测与避免