【c++】内存管理

C/C++内存管理

C/C++内存分布

• 一个简单题

先试试看吧，答案在文章末尾给出

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) = ____; sizeof(char2) = ____; strlen(char2) = ____; sizeof(pChar3) = ____; strlen(pChar3) = ____; sizeof(ptr1) = ____;

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);
}

• 内存的分布

1. 栈：存放函数的参数、非静态局部变量、返回值等，喜欢从高地址开始使用（向下增长）
2. 堆：用于程序运行时动态内存分配，堆是可以向上增长的
3. 数据段：存放全局数据和静态数据
4. 代码段：可执行的代码、只读常量
5. 内存映射段：是高效的i/o映射方式，用于装在一个共享的动态内存库。

1.

C语言中动态内存的管理方式

• C语言中管理动态内存的方式主要通过4个函数

1. malloc：申请指定的内存空间
2. calloc： 申请指定的内存空间并初始化
3. realloc：当所申请空间不够时，再重新申请一块空间
4. free： 释放所申请的空间

C++中内存管理方式

• 通过两个操作符管理内存

1. new：对于内置类型和malloc无异，对于自定义类型，会自动调用自定义类型的构造函数
2. delete:对于内置类型，和free无异，对于自定义类型，会自动调用自定义类型的析构函数

• new和delete得配套使用，否则出错率极高，连续开辟的空间得用new类型[]，要连续删除空间得用delete变量名

new

//new 类型（初始值）  初始值可以不给
int*a = new int(1);
int*a = new int;
//同时也能直接new个数组
//new 类型[]{初始值} 初始值可以不给
int* p = new int[10]{1,2,3}；
int* p = new int[10];

• operator new：new是用户进行动态内存申请的操作符，而new是通过调用由系统提供的全局函数——operator new来申请空间的，而operator new实际上也是通过malloc来申请空间的

delete

delete a;
delete[]p;

• operator delete：delete是用户进行动态内存申请的操作符，而new是通过调用由系统提供的全局函数——operator delete来释放空间的，而operator delete实际上也是通过free来释放空间的

new和delete的实现原理

1. 对于内置类型：

• 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. 对于自定义类型：

• new的原理
• • 调用operator new函数申请空间
• • 在申请的空间上执行构造函数，完成对象的构造
• delete的原理
• • 在空间上执行析构函数，完成对象中资源的清理工作
• • 调用operator delete函数释放对象的空间
• new T[N]的原理
• • 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
• • 在申请的空间上执行N次构造函数
• delete[]的原理
• • 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
• • 调用operator delete[]释放空间，实际在operator delete[]中调用operator delete来释放空间

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：

1. new (place_address) type或者new (place_address) type(initializer-list)
2. place_address必须是一个指针，initializer-list是类型的初始化列表

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);

malloc/free和new/delete的区别

• 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

内存泄漏

内存泄漏的概念及危害

• 什么是内存泄漏，内存泄漏的危害
• 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。
• 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。

内存泄漏分类

• C/C++程序中一般我们关心两种方面的内存泄漏：

1. 堆内存泄漏(Heap leak)

• 堆内存指的是程序执行中依据须要分配通过malloc / calloc / realloc / new等从堆中分配的一块内存，用完后必须通过调用相应的 free或者delete 删掉。假设程序的设计错误导致这部分内存没有被释放，那么以后这部分空间将无法再被使用，就会产生Heap Leak。

2. 系统资源泄漏

• 指程序使用系统分配的资源，比方套接字、文件描述符、管道等没有使用对应的函数释放掉，导致系统资源的浪费，严重可导致系统效能减少，系统执行不稳定。

如何避免内存泄漏

1. 工程前期良好的设计规范，养成良好的编码规范，申请的内存空间记着匹配的去释放。ps：这个理想状态。但是如果碰上异常时，就算注意释放了，还是可能会出问题。需要下一条智能指针来管理才有保证。
2. 采用RAII思想或者智能指针来管理资源。
3. 有些公司内部规范使用内部实现的私有内存管理库。这套库自带内存泄漏检测的功能选项。
4. 出问题了使用内存泄漏工具检测。ps：不过很多工具都不够靠谱，或者收费昂贵。

• 总结一下:内存泄漏非常常见，解决方案分为两种：

1. 事前预防型。如智能指针等。
2. 事后查错型。如泄漏检测工具

检查内存泄漏的工具

• 在linux下内存泄漏检测： linux下几款内存泄漏检测工具
• 在windows下使用第三方工具： VLD工具说明
• 其他工具： 内存泄漏工具比较

答案

C C C A A A A A D A B

40 5 4 4OR8 4 4OR8