C/C++内存管理

目录

1. C/C++ 内存分布

2. C 语言中动态内存管理方式

3. C++ 中动态内存管理

4. operator new 与 operator delete 函数

5. new 和 delete 的实现原理

6. 定位 new 表达式 (placement-new)

1. C/C++ 内存分布

【说明】

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。（ Linux 课程如果没学到这块，现在只需要了解一下）

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。

2. C 语言中动态内存管理方式： malloc/calloc/realloc/free

malloc 的实现原理？

【CTF】GLibc堆利用入门-机制介绍_哔哩哔哩_bilibili

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 。

3.1 new/delete 操作内置类型

注意：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。

3.2 new 和 delete 操作自定义类型

/*

operator new ：该函数实际通过 malloc 来申请空间，当 malloc 申请空间成功时直接返回；申请空间

失败，尝试执行空               间不足应对措施，如果改应对措施用户设置了，则继续申请，否

则抛异常。

*/

void * __CRTDECL operator new ( size_t size ) _THROW1 ( _STD bad_alloc )

{

// try to allocate size bytes

void * p ;

while (( p = malloc ( size )) == 0 )

  if ( _callnewh ( size ) == 0 )

    {

        // report no memory

        // 如果申请内存失败了，这里会抛出 bad_alloc 类型异常

        static const std::bad_alloc nomem ;

        _RAISE ( nomem );

    }

return ( p );

}

/*

operator delete: 该函数最终是通过 free 来释放空间的

*/

void operator delete ( void * pUserData )

{

    _CrtMemBlockHeader * pHead ;

    RTCCALLBACK ( _RTC_Free_hook , ( pUserData , 0 ));

    if ( pUserData == NULL )

        return ;

    _mlock ( _HEAP_LOCK );   /* block other threads */

    __TRY

  /* get a pointer to memory block header */

        pHead = pHdr ( pUserData );

          /* verify block type */

        _ASSERTE ( _BLOCK_TYPE_IS_VALID ( pHead -> nBlockUse ));

        _free_dbg ( pUserData , pHead -> nBlockUse );

    __FINALLY

        _munlock ( _HEAP_LOCK );   /* release other threads */

    __END_TRY_FINALLY

    return ;

}

/*

free 的实现

*/

#define   free(p)               _free_dbg(p, _NORMAL_BLOCK)

通过上述两个全局函数的实现知道， 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。 operator delete 最终是通过 free 来释放空间的 。

4.2 重载 operator new 与 operator delete( 了解 )

注意：一般情况下不需要对 operator new 和 operator delete 进行重载，除非在申请和释放空间

时候有某些特殊的需求。比如：在使用 new 和 delete 申请和释放空间时，打印一些日志信息，可

以简单帮助用户来检测是否存在内存泄漏。

// 重载 operator delete ，在申请空间时：打印在哪个文件、哪个函数、第多少行，申请了多少个

字节

void* operator new ( size_t size , const char* fileName , const char* funcName ,

size_t lineNo )

{

void* p = :: operator new ( size );

cout << fileName << "-" << funcName << "-" << lineNo << "-" << p << "-"

<< size << endl ;

return p ;

}

// 重载 operator delete ，在释放空间时：打印再那个文件、哪个函数、第多少行释放

void operator delete ( void* p , const char* fileName , const char* funcName ,

size_t lineNo )

{

cout << fileName << "-" << funcName << "-" << lineNo << "-" << p <<

endl ;

:: operator delete ( p );

}

int main ()

{

// 对重载的 operator new 和 operator delete 进行调用

int* p = new ( __FILE__ , __FUNCTION__ , __LINE__ ) int ;

operator delete ( p , __FILE__ , __FUNCTION__ , __LINE__ );

return 0 ;

}

// 上述调用显然太麻烦了，可以使用宏对调用进行简化

// 只有在 Debug 方式下，才调用用户重载的 operator new 和 operator delete

#ifdef _DEBUG

#define new new(__FILE__, __FUNCTION__, __LINE__)

#define delete(p) operator delete(p, __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__)

#endif

int main ()

{

int* p = new int ;

delete ( p );

return 0 ;

}

5. new 和 delete 的实现原理

5.1 内置类型

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 。

5.2 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

6. 定位 new 表达式 (placement-new) （了解）

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 或者 new (place_address) type(initializer-list)

place_address 必须是一个指针， initializer-list 是类型的初始化列表

使用场景：

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。

class A

{

public :

A ( int a = 0 )

: _a ( a )

{

cout << "A():" << this << endl ;

}

~A ()

{

cout << "~A():" << this << endl ;

}

private :

int _a ;

};

// 定位 new/replacement new

int main ()

{

// p1 现在指向的只不过是与 A 对象相同大小的一段空间，还不能算是一个对象，因为构造函数没

有执行

A * p1 = ( A * ) malloc ( sizeof ( A ));

new ( p1 ) A ;   // 注意：如果 A 类的构造函数有参数时，此处需要传参

p1 -> ~A ();

free ( p1 );

A * p2 = ( A * ) operator new ( sizeof ( A ));

new ( p2 ) A ( 10 );

p2 -> ~A ();

operator delete ( p2 );

  return 0 ;

}