C++内存管理

内存分类

• 栈区、堆区、静态区、代码段

  • 栈区 ：用来存储局部变量、函数的形式参数（存放临时变量）
  • 堆区 ：动态内存分配
  • 静态区 ：存放静态变量、全局变量（程序结束时，才被销毁）
  • 代码段 ：存放函数体（类成员函数和全局函数）的二进制代码

  int globalvar = 10;               //globalvar 存储于静态区(数据段)
  static int stglobalvar = 10;      //stglobalvar 存储于静态区
  int main()
  {
    static int stcavar = 10;      //stcavar 存储于静态区
    int locavar = 10;             //locavar 局部变量，存储于栈
    int num1[10] = { 1,2,3,4 };   //num1  数组存储于栈
    char char2[] = "abcd";        //char2 存储于栈； *char2 存储于栈
    const char* pchar3 = "abcd";  //pchar3 局部变量指针存储于栈中，*pchar3 存储于代码段中(常量区)
    int* ptr = (int*)malloc(sizeof(int) * 4); //ptr 局部变量指针存储于栈中； *ptr开辟的空间，存储于堆中
    free(ptr);
  }

  内存泄漏

• 什么是内存泄漏：因为某种原因导致程序未能释放不再使用的内存。
• 内存泄漏不是指物理上的内存消失，而是指失去了对某段内存的控制权（指针丢失）

C++动态申请内存new

• C++语法兼容C语言，所以C语言的malloc和realloc等都可以使用。
• C++语法还有新的方法可以动态申请内存空间——new和delete
• 注意：malloc开辟的空间只能free，new开辟的空间只能delete。

int main()
{
    int* ptr1 = (int*)malloc(sizeof(int) * 4);
    int* ptr2 = new int[10];     //开辟多个空间时，使用中括号
    free(ptr1);
    delete[] ptr2;
 
 
    int* ptr3 = (int*)malloc(sizeof(int));
    int* ptr4 = new int;         //开辟单个空间时
    free(ptr3);
    delete ptr4;
}

malloc和new的区别

• malloc和new在申请基本类型的空间时，都是一样的，没有区别。

• 区别：

  • new在申请自定义类型时，会开辟空间，并调用构造函数进行初始化。
  • malloc只是开辟空间，而不会进行初始化。
  • delete是先析构函数清理，再释放空间。
  • free只是释放空间。
  • malloc开辟空间失败后返回NULL，而new开辟空间失败会抛异常。
• 32位系统下，new和malloc最多能申请2G内存，想申请更大内存可以换成64位。

struct List
{
    List* _pre;
    List* _next;
    int _val;
    List(int val = 0)    //构造函数
        :_pre(nullptr)
        ,_next(nullptr)
        ,_val(val)
    {}
};

int main()
{
    struct List* n1 = (struct List*)malloc(sizeof(struct List));
    List* n2 = new List;
}

operator new和operator delete函数

• new和delete是系统提供的操作符，而operator new和 operator delete是系统提供的全局函数
• 操作符new的底层是通过调用operator new来申请空间的。

• 操作符delete的底层是通过调用 operator delete来释放空间的。

  • new 相当于 operator new + 构造函数
  • delete相当于 析构函数 + operator delete
  • operator new 相当于 malloc + 失败抛异常机制
  • operator delete 相当于 free
• operator new 和 operator delete 在功能上和 malloc 和free 相同
• 都只是开辟空间而不会调用构造函数进行初始化。
  

operator new 和 malloc 的区别

• 主要区别是：当开辟空间失败后，处理方法不同。

  • operator new 失败后是抛异常
  • malloc 失败后是返回 NULL。
• 当 try 中运行出现异常后，会立马跳转到 catch 中。

int main()
{    
    struct List* n1 = (struct List*)malloc(0x7fffffff);
    if (n1 == NULL) //malloc失败返回 NULL
    {
        cout << "malloc 失败" << endl;
    }

    try   //尝试运行下列代码
    {
        List* n3 = (struct List*)operator new(0x7fffffff);
    }
    catch (const std::exception&e)  //try运行失败后，捕获异常
    {
        cout << e.what() << endl;
    }
}

定位new（初始化已开辟的空间）

• 定位new是用来在已经开辟了的空间中，通过调用构造函数来对其进行初始化。

int main()
{
    List* n1 = (List*)malloc(sizeof(List));  //开辟空间，但未初始化
    new(n1)List;  //定位new 调用构造函数，初始化对象 n

    //等价于operator new
    List* n2 = (List*)operator new(sizeof(List));
    new(n2)List;
    //等价于 delete
    n2->~List();  //调用析构函数，析构函数是可以显示调用的，但是构造函数不能。
    operator delete(n2);
}