【C++】内存管理

 前言：

C/C++代码中，里面的变量等等是存放在哪里的呢？又是如何管理的呢？

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目录

1. C/C++内存分布

2.C语言中内存管理的方式

3. C++内存管理方式

1.new/delete操作内置类型

2.new和delete操作自定义类型

4. operator new与operator delete函数

5. new和delete的实现原理

6. 常见面试题

7、了解内容

        1.定位new表达式

2..什么是内存泄漏，内存泄漏的危害

总结：

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1. C/C++内存分布

首先先看这样一幅图：

1. 栈 又叫堆栈 -- 非静态局部变量 / 函数参数 / 返回值等等，栈是向下增长的。

2. 内存映射段 是高效的 I/O 映射方式，用于装载一个共享的动态内存库。用户可使用系统接口

创建共享共享内存，做进程间通信。

3. 堆 用于程序运行时动态内存分配，堆是可以上增长的。

4. 数据段 -- 存储全局数据和静态数据。

5. 代码段 -- 可执行的代码 / 只读常量

了解之后，我们就知道应该存到哪里了：

 既然了解了，那我们来练一练：

int globalVar = 1;
static int staticGlobalVar = 1;
void Test()
{
 static int staticVar = 1;
 int localVar = 1;
 int num1[10] = { 1, 2, 3, 4 };
 char char2[] = "abcd";
 const char* pChar3 = "abcd";
 int* ptr1 = (int*)malloc(sizeof(int) * 4);
 int* ptr2 = (int*)calloc(4, sizeof(int));
 int* ptr3 = (int*)realloc(ptr2, sizeof(int) * 4);
 free(ptr1);
 free(ptr3);
}

 

1. 选择题：

  选项 : A . 栈   B . 堆   C . 数据段 ( 静态区 )   D . 代码段 ( 常量区 )

  globalVar 在哪里？ ____   staticGlobalVar 在哪里？ ____

  staticVar 在哪里？ ____   localVar 在哪里？ ____

  num1 在哪里？ ____

  char2 在哪里？ ____   * char2 在哪里？ ___

  pChar3 在哪里？ ____       * pChar3 在哪里？ ____

  ptr1 在哪里？ ____         * ptr1 在哪里？ ____

2. 填空题：

  sizeof ( num1 ) = __40__ ;

  sizeof ( char2 ) = __5__ ;       strlen ( char2 ) = __4__ ;

  sizeof ( pChar3 ) = __4/8__ ;     strlen ( pChar3 ) = _4___ ;

  sizeof ( ptr1 ) = __4/8__ ;

怎么样？有模糊不清楚的吗？ 

globalVar 属于全局变量，就在数据段

staticGlobalVar 属于静态变量，就在数据段

staticVar 虽然在函数中，但是是静态变量，也在数据段

localVar 是局部变量，就在栈区

num1局部变量，就在栈区

 

char2是局部变量，存储字符串的数组，就在栈区

*char2 是char2数组中首元素地址解引用，就是数组中的第一个内容，就在栈区

pChar3是指针变量，存储常量字符串的地址，就在栈区

*pChar3是解引用，就是常量字符串，就在代码段

ptr1是指针变量，存储在堆上开辟的空间变量的地址，就在栈区

*ptr1解引用，堆上开辟空间第一个元素的地址解引用，就在堆区

 

3. sizeof 和 strlen 区别是，sizeof（）计算所有成员个数的总大小，strlen（）是统计字符串的字符个数，遇到斜杠零就停止

你懂了吗？

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 2.C语言中内存管理的方式

malloc：
在内存的动态存储区中分配一块长度为size字节的连续区域，参数size为需要内存空间的长度，返回该区域的首地址

calloc：
与malloc相似，不过函数calloc() 会将所分配的内存空间中的每一位都初始化为零

realloc：
 给一个已经分配了地址的指针重新分配空间，可以做到对动态开辟内存大小的调整。

这也是他们三个之间的区别

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3. C++内存管理方式

C 语言内存管理方式在 C++ 中可以继续使用，但有些地方就无能为力，而且使用起来比较麻烦，因

此 C++ 又提出了自己的内存管理方式： 通过 new 和 delete 操作符进行动态内存管理 。

当然，new和malloc最大的区别在于：自定义类型的内存空间的开辟，内置类型没有区别。

1.new/delete操作内置类型

void Test()
{
  // 动态申请一个int类型的空间
  int* ptr1 = new int;
  
  // 动态申请一个int类型的空间并初始化为10
  int* ptr2 = new int(10);
  
  // 动态申请10个int类型的空间
  int* ptr3 = new int[10];
  //动态申请10个int类型空间，但只初始化前四个，后面还是默认初始化0
  int* ptr3 = new int[10]{1，2，3，4};


  delete ptr1;
  delete ptr2;
  delete[] ptr3;  //一次性会全部释放
}

需要注意的是：申请和释放单个元素的空间，使用new和delete操作符，申请和释放连续的空间，使用new[]和delete[]，注意：匹配起来使用。否则会出现不同的错误，比如内存泄露

2.new和delete操作自定义类型

在申请自定义类型的空间时， new 会调用构造函数， delete 会调用析构函数，而 malloc 与

free 不会 。

class A
{
public:
    A(int a = 0)
        : _a(a)
    {
        cout << "A():" << this << endl;
    }
    ~A()
    {
        cout << "~A():" << this << endl;
    }
private:
    int _a;
};

int main()
{
    // new/delete 和 malloc/free最大区别是 new/delete对于【自定义类型】除了开空间
   // 还会调用构造函数和析构函数
    A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A) * 10);   //malloc开辟
    A* p2 = new A[10];                    //new开辟

    free(p1);      //free释放
    delete[] p2;   //delete释放
    return 0;
}

 确实说明了，new，delete和malloc，free对于自定义类型开辟空间的区别：new，delete除了开辟空间，还会调用构造函数和析构函数。

new和malloc还有一个区别就是在申请内存失败时的处理情况不同：

我们在开辟内存空间时，申请大内存和不断申请可能就会失败！new在申请空间失败时会抛异常，malloc会返回NULL。

 第一次申请成功，第二次失败返回空指针，打印申请失败结束！

当new申请空间失败时：

 居然没有打印申请失败？？它不需要区判断是否申请成功，如果失败会直接抛异常：

大家先了解，这是malloc和new的一个不同点，后面会介绍。new申请失败会抛异常。 

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4. operator new与operator delete函数

 new的底层机制就是由 operator new和构造函数实现的。

delete底层机制就是由 operator delete和析构函数实现的。

operator new不是操作符符重载，首先它是一个全局函数，是库里面实现的全局函数；

void *  operator new ( size_t size )，参数里面只有一个内置类型。

申请一个空间：

 就可以看到new的底层就是operator new和构造函数。

operator new 实际也是通过malloc来申请空间，如果malloc申请空间成功就直接返回，否则执行用户提供的空间不足应对措施，如果用户提供该措施就继续申请，否则就抛异常。

所以new就相当于malloc的封装，封装了异常处理时情况和构造函数。底层调用的时候还是调用malloc。类似operator delete也是通过free（）释放空间的。

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5. new和delete的实现原理

如果申请的是内置类型的空间， new 和 malloc ， delete 和 free 基本类似，不同的地方是：

new/delete 申请和释放的是单个元素的空间， new[] 和 delete[] 申请的是连续空间，而且 new 在申

请空间失败时会抛异常， malloc 会返回 NULL 。

对于自定义类型：

new 的原理

1. 调用 operator new 函数申请空间

2. 在申请的空间上执行构造函数，完成对象的构造

delete 的原理

1. 在空间上执行析构函数，完成对象中资源的清理工作

2. 调用 operator delete 函数释放对象的空间

new T[N] 的原理

1. 调用 operator new[] 函数，在 operator new[] 中实际调用 operator new 函数完成 N 个对

象空间的申请

2. 在申请的空间上执行 N 次构造函数

delete[] 的原理

1. 在释放的对象空间上执行 N 次析构函数，完成 N 个对象中资源的清理

2. 调用 operator delete[] 释放空间，实际在 operator delete[] 中调用 operator delete 来释

放空间

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6. 常见面试题

1. malloc/free 和 new/delete 的区别：

要从用法和底层实现来做区别：

malloc/free 和 new/delete 的共同点是：都是从堆上申请空间，并且需要用户手动释放。不同的地

方是：

1. malloc 和 free 是 函数 ， new 和 delete 是 操作符

2. malloc 申请的空间不会初始化， new 可以初始化

3. malloc 申请空间时，需要手动计算空间大小并传递， new 只需在其后跟上空间的类型即可，

如果是多个对象， [] 中指定对象个数即可

4. malloc 的返回值为 void*, 在使用时必须强转， new 不需要，因为 new 后跟的是空间的类型

5. malloc 申请空间失败时，返回的是 NULL ，因此使用时必须判空， new 不需要，但是 new 需

要捕获异常

6. 申请自定义类型对象时， malloc/free 只会开辟空间，不会调用构造函数与析构函数，而 new

在申请空间后会调用构造函数完成对象的初始化， delete 在释放空间前会调用析构函数完成

空间中资源的清理

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七、了解内容

1.定位new表达式

定位 new 表达式是在 已分配的原始内存空间中调用构造函数初始化一个对象 。

使用格式：

new (place_address) type ，place_address 必须是一个指针

定位 new 表达式，在实际中一般是配合内存池使用。因为内存池分配出的内存没有初始化，所以如

果是自定义类型的对象，需要使用 new 的定义表达式进行显示调构造函数进行初始化。

就像村里的大水井，所有人都去那里打水，但是你在自己家里从大井下面挖了一口小井，你就可以在家直接吃水，不需要去全村的那个大井了，但是你在家里虽然可以直接用水，但是你还是需要过滤等等，这就是定位new的用处。

过滤就是初始化，new只是挖了井，得定位初始化才可以全部完成。

2..什么是内存泄漏，内存泄漏的危害

什么是内存泄漏：内存泄漏指因为疏忽或错误造成程序未能释放已经不再使用的内存的情况。 内

存泄漏并不是指内存在物理上的消失，而是应用程序分配某段内存后，因为设计错误，失去了对

该段内存的控制，因而造成了内存的浪费 。（内存泄露是指针丢了，不是内存丢了，内存始终在那，有了指针才能释放内存）

内存泄漏的危害：长期运行的程序出现内存泄漏，影响很大，如操作系统、后台服务等等，出现

内存泄漏会导致响应越来越慢，最终卡死。

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总结：

重点C/C++内存分布，需要知道具体的变量存在哪一个区域；在C++内管理中，new，delete和malloc，free之间的联系和区别。，下期再见！