C++入门之内存管理|复习C中的malloc,realloc,calloc|内存分布|内存管理|new delete|operator new|operator delete

目录

一、C/C++内存分布

1.C/C++中程序内存区域划分

二、C语言中动态内存管理

1.malloc/calloc/realloc/free

三、C++中动态内存管理

1.new/delete操作内置类型

2.new和delete操作自定义类型

四、operator new与operator delete函数

1.operator new和operator delete函数

五、new和delete的实现原理

1.内置类型

2.自定义类型

malloc/free和new/delete的区别

总结

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一、C/C++内存分布

1.C/C++中程序内存区域划分

在内存中，内存被划分为不同的区域，便于os管理，主要分为以下几个部分：

• 内核空间（用户代码不能读写）
• 栈（向下增长）：又称为堆栈，存储非静态的局部变量，函数参数，返回值等。
• 内存映射段：是高效的IO映射方式，用于装载一个共享的动态内存库，用户可以使用系统接口创建共享内存，用于进程间通信
• 堆（向上增长）：用于程序运行时的动态内存分配。mallo/realloc...出来的值在堆上
• 数据段（又称为静态区）：存储全局变量和静态变量
• 代码段（常量区）：存放可执行的代码/只读常量

 char2在哪里？局部变量 在栈上      

* char2 在哪里？数组名为首元素地址，char2指向a的地址， *char2指向a，在栈上

 pChar3 在哪里？ 局部变量 在栈上     

* pChar3 在哪里？指向一个字符常量，在代码段（常量区）

 ptr1 在哪里？  局部变量，在栈上

* ptr1 在哪里？ 指向mallo出来的值，在堆上

二、C语言中动态内存管理

1.malloc/calloc/realloc/free

void Test ()
{
int* p1 = (int*) malloc(sizeof(int));
free(p1);
// 1.malloc/calloc/realloc的区别是什么？
int* p2 = (int*)calloc(4, sizeof (int));
int* p3 = (int*)realloc(p2, sizeof(int)*10);
// 这里需要free(p2)吗？  不需要
free(p3 );
}

• malloc:开辟size个字节的内存，开辟成功返回这块内存的起始地址，如果失败返回一个空指针，返回的起始地址为void * 类型

•  calloc:开辟num*类型个字节的地址，并且初始化为0，如果size为0，返回值取决于特定的库（不确定是否为空指针），但是返回的指针不能被解引用。如果开辟成功，返回起始地址，类型为void*,开辟失败，返回空指针

 

• realloc :改变ptr指向内存块的大小，函数将内存块移动到一个新的位置，保留原来两个大小中较小的一个，如果ptr是空指针，作用和malloc相同。

三、C++中动态内存管理

1.new/delete操作内置类型

void Test()
{
  // 动态申请一个int类型的空间
  int* ptr4 = new int;
  
  // 动态申请一个int类型的空间并初始化为10
  int* ptr5 = new int(10);
  
  // 动态申请10个int类型的空间
  int* ptr6 = new int[10];
  delete ptr4;
  delete ptr5;
  delete[] ptr6;
}

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[]。注意操作符要匹配使用

2.new和delete操作自定义类型

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

//注：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。

 ~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));
 A* p2 = new A(1);
 free(p1);
 delete p2;
 // 内置类型是几乎是一样的
 int* p3 = (int*)malloc(sizeof(int)); // C
 int* p4 = new int;
free(p3);
delete p4;
 A* p5 = (A*)malloc(sizeof(A)*10);
 A* p6 = new A[10];
 free(p5);
 delete[] p6;
 return 0;
}

四、operator new与operator delete函数

1.operator new和operator delete函数

new 和 delete 是用户进行 动态内存申请和释放的操作符 ， operator new 和 operator delete 是

系统提供的 全局函数 ， new 在底层调用 operator new 全局函数来申请空间， delete 在底层通过 operator delete 全局函数来释放空间。

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 。

五、new和delete的实现原理

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。

2.自定义类型

• new的原理

    1.调用operator new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

malloc/free和new/delete的区别

malloc/free和new/delete的共同点：都从堆上申请空间，并且需要用户手动释放。不同的地方从以下两个方面回答：用法和底层原理上

1.用法

• 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

2.底层原理

• 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

•  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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总结

本章主要总结了关于C/C++中内存分布，以及malloc,realloc,calloc函数，还有new/delete操作符的用法