C++多线程内存管理

原文：http://yachang.wang.blog.163.com/blog/static/35551220200762753057335/
假设有一个进程，创建了两个线程A、B，线程A在堆上分配了一块内存空间，通知传指针的方式在B中使用，使用完后释放块，这时就会出错，因为线程B不能释放线程A堆上的内存空间，一些网友对此也有一些看法。

“有点经验可以告诉你，每个线程都有自己的堆栈，而它们共享进程的一个全局堆，NEW是在线程的局部堆上分配（实际上每个函数都是这样），在线程中用new分配的内存不能在另一个线程中用delete删除（因为这两个函数都只能处理自己的堆）要完成这个功能必须用HeapAlloc函数在全局堆上进行 操作。至于内存管理我的感觉是看看编译原理，尤其是影印版的会很清楚，因为程序运行中内存的动态分配操作系统的书籍只是从系统管理的角度来阐述的，是一个问题的两个方面。”

“在程序启动的时候把你要NEW的内存NEW成一个链表放起来，比如先NEW一个链表，结点就是要用的内存，然后在需要用的时候从链表里取一个出来，用完了放回链表 最后程序退出的时候销毁这个链表。去找找有关内存池的资料吧”

“_beginthread(ex)与CreateThread的主要不同是对C标准库函数的支持不同，在CreateThread中使用C标准库函数是 不安全的（据M$的说法，如果CreateThread线程创建失败，使用C标准库函数会导致少量内存泄漏，但总而言之，不够安全）。Win32中C++算符new/delete实际上是通过在进程全局堆中分配实现的，如果为安全性考虑，可以用HeapCreate创建局部堆，然后通过HeapAlloc /HeapFree分配，这样如果有某些错误的话（如数组越界）不至于影响到全局堆中的数据。我个人觉得的用AfxBeginThread()对C++的
语法支持较好，而且它内部调用的是_beginthreadex, 可是他返回的是CWinThread对象的指针，可能对你不太适用。”

“同一进程内的所有线程共享进程地址空间，每个线程有独立的堆栈，一个线程可以访问另一个线程的堆。”

“第一次听到线程堆栈的地址空间这个叫法，所以恕我不能明白你的意思。在很多现代操作系统中，一个进程的（虚）地址空间大小为4G，分为系统（内核？）空 间和用户空间两部分，系统空间为所有进程共享，而用户空间是独立的，一般WINDOWS进程的用户空间为2G。

一个进程中的所有线程共享该进程的地址空间，但它们有各自独立的（/私有的）栈(stack)，Windows线程的缺省堆栈大小为1M。堆(heap)的分配与栈有所不同，一般是一个进程有一个C运行时堆，这个堆为本进程中所有线程共享，windows进程还有所谓进程默认堆，用户也可以创 建自己的堆。用操作系统术语，线程切换的时候实际上切换的是一个可以称之为线程控制块的结构（TCB?）,里面保存所有将来用于恢复线程环境必须的信息，包括所有必须保存的寄存器集，线程的状态等。 ”

“有关内存管理问题，很多书上都有比较详尽的介绍，基本上也就如wzwind(风的脚印)所述。内存分配主要分为堆栈(stack)内存分配和堆(heap)内存分配。当你定义了一个局部变量时，系统会自动在堆栈中为该变量分配空间，当程序运行到堆栈变量的作用范围之外时，空间会自动释放。而堆则 是在程序代码段 和堆栈之外的内存段，这部分的内存是可以动态分配的，需要程序员来管理（分配和释放）。对于同一个进程的多个线程而言，它们之间是共享同一内存空间的，虽 然每个线程都有自己的堆栈，但它们使用同一块堆。你可以把线程理解为一个函数或过程，它可以有自己的局部变量，而用new分配的变量相当于全局变量，可供
同一进程的其它线程共享，所以线程退出后，应及时释放，否则这段空间就一直被你占用着。”

根据CSDN上网友的看法，在查阅了相关书籍但做了代码测试的基础上，我也在这里提出自己的观点。

首先要澄清的是堆栈（STACK）和堆（HEAP）的区别，中文将STACK译为“堆栈”我个人认为不是很科学，不如直接译为“栈”，这样与HEAP更容易区分。这里讨论的栈与堆是操作系统层面的，栈是系统自动管理与分配的内存资源，分配与回收的效率高，常用于函数调用时参数传递，在线程切换 时要进行栈切换；堆由程序员自行分配与释放，C++中用NEW与DELETE分配与释放，在堆上分配与回收内存更灵活，但是效率与栈操作低了一点，并且一 定要注意回收，不然会导致内存泄漏。
一个进程有一个全局的HEAP，创建的每个线程都有自己的STACK，线程创建时可以自定义栈大小，默认情况下WIN32是1MB，所以线程间是栈安全的，这样，在一个线程中分配的内存可以在另一个线程中释放，后面我会给出代码验证。
在下面的代码中，我会创建两个线程，一个全局的Buffer，采用FIFO队列实现，一个线程向队列中写数据，一个线程从线程中读数据，采用事件通知策略，用条件互斥量避免数据竞争。

#include <process.h>

#include <windows.h>

#include <queue>

#include <stdio.h>

using namespace std;

DWORD WINAPI ThreadWrite(LPVOID lParam);

DWORD WINAPI ThreadRead(LPVOID lParam);

queue<char *> Buffer;

HANDLE m_hMutexBuffer;

HANDLE m_hEventBuffer;

void main()

{

m_hMutexBuffer = CreateMutex(NULL, FALSE, NULL);

ReleaseMutex(m_hMutexBuffer);

m_hEventBuffer = CreateEvent(NULL, TRUE, FALSE, NULL);

HANDLE m_hThreadWrite = CreateThread(NULL, 0, ThreadWrite, NULL, 0, 0);

HANDLE m_hThreadRead = CreateThread(NULL, 0, ThreadRead, NULL, 0, 0);

HANDLE HandleList[2];

HandleList[0] = m_hThreadWrite;

HandleList[1] = m_hThreadRead;

WaitForMultipleObjects(2, HandleList, TRUE, INFINITE);

}

DWORD WINAPI ThreadWrite(LPVOID lParam)

{

if (WAIT_OBJECT_0 == WaitForSingleObject(m_hMutexBuffer, 100))

{

char *Item = new char[20];

strcpy(Item, "Hello World!");

Buffer.push(Item);

ReleaseMutex(m_hMutexBuffer);

printf("0x%08x/n", Item);

printf("0x%08x/n", &Item);

SetEvent(m_hEventBuffer);

Sleep(10);

}

return 0;

}

DWORD WINAPI ThreadRead(LPVOID lParam)

{

if (WAIT_OBJECT_0 ==WaitForSingleObject(m_hEventBuffer, INFINITE))

{

if (WAIT_OBJECT_0 == WaitForSingleObject(m_hMutexBuffer, 100))

{

char * _Item = Buffer.front();

Buffer.pop();

if (Buffer.empty())

{

ResetEvent(m_hEventBuffer);

}

ReleaseMutex(m_hMutexBuffer);

printf("%s/n", _Item);

printf("0x%08x/n", _Item);

printf("0x%08x/n", &_Item);

Sleep(10);



delete [] _Item;

_Item = NULL;

}

}

return 0;

}

在终端打印如下：

0x00372d68

0x0051ffb0

Hello World!

0x00372d68

0x0061ffb0

可见写线程中的Item与读线程_Item地址不同，在各自的栈空间上分配，相差0x00100000大小的地址空间，而Item与_Item指向相同的内存空间，这个内存空间是在进程的全局堆空间上分配的。

delete 函数只能调用一次，因为Item 和 _Item是在栈上分配的，在线程中由系统自己回收，但二者指向相同的内存空间，因此只能释放一次。利用这个特性，我们可以很方便地在线程间离开内存通信，并可以很好地解决分配与回收的问题。