编辑“︁C++ 内存优化”︁（章节）

= C++内存优化 =  
'''内存优化'''是C++开发中的关键技能，旨在通过合理管理内存分配、减少冗余和泄漏来提升程序性能。本指南将介绍基础到高级的内存优化技术，包含代码示例、工具使用和实际案例分析。

== 核心概念 ==  
=== 内存分配机制 ===  
C++程序通过以下方式分配内存：  
* '''栈内存'''：自动管理，用于局部变量（速度快但容量有限）。  
* '''堆内存'''：动态分配（通过<code>new/delete</code>或<code>malloc/free</code>），需手动管理。  
* '''静态内存'''：全局/静态变量，生命周期与程序一致。  

=== 常见内存问题 ===  
* '''内存泄漏'''：未释放已分配的堆内存。  
* '''碎片化'''：频繁分配/释放导致内存利用率下降。  
* '''越界访问'''：读写超出分配范围的内存。  

== 优化技术 ==  
=== 1. 智能指针 ===  
使用<code>std::unique_ptr</code>、<code>std::shared_ptr</code>自动管理堆内存，避免泄漏。  

<syntaxhighlight lang="cpp">  
#include <memory>  
void smartPointerDemo() {  
    auto ptr = std::make_unique<int>(42); // 自动释放内存  
    std::cout << *ptr << std::endl;       // 输出: 42  
}  
</syntaxhighlight>  

=== 2. 内存池 ===  
预分配大块内存并复用，减少<code>new/delete</code>开销。  

<mermaid>  
graph LR  
A[初始化内存池] --> B[分配对象]  
B --> C[释放对象]  
C --> B  
</mermaid>  

=== 3. 数据局部性优化 ===  
将频繁访问的数据连续存储（如使用<code>std::vector</code>而非链表），提升缓存命中率。  

=== 4. 移动语义 ===  
通过<code>std::move</code>避免不必要的拷贝：  
<syntaxhighlight lang="cpp">  
std::vector<int> createLargeData() {  
    return std::vector<int>(1000000, 1);  
}  
void useData() {  
    auto data = createLargeData(); // 移动而非拷贝  
}  
</syntaxhighlight>  

== 工具与案例分析 ==  
=== 工具推荐 ===  
* '''Valgrind'''：检测内存泄漏和越界访问。  
* '''AddressSanitizer'''（GCC/Clang）：实时内存错误检查。  

=== 案例：游戏引擎优化 ===  
某游戏通过以下步骤减少内存占用30%：  
1. 使用对象池管理子弹实体。  
2. 将纹理数据按场景动态加载/卸载。  
3. 用<code>std::string_view</code>替代临时字符串。  

== 数学建模 ==  
内存碎片化概率可通过以下公式估算（假设随机分配）：  
<math>  
P_{\text{frag}} = 1 - \left( \frac{N_{\text{free}}}{N_{\text{total}}} \right)^k  
</math>  
其中<math>N_{\text{free}}</math>是空闲块数，<math>k</math>为分配次数。  

== 总结 ==  
* 优先使用智能指针和STL容器。  
* 高频操作考虑内存池或自定义分配器。  
* 结合工具分析实际内存使用情况。  

通过系统化优化，C++程序可显著降低内存占用并提升运行效率。

[[Category:编程语言]]
[[Category:C++]]
[[Category:C++ 项目与工具]]