C++基础语法——内存管理
目录
1. C/C++中的内存管理
2. C/C++中的动态内存管理
①C语言的动态内存管理
②C++的动态内存管理
Ⅰ. 操作内置类型
Ⅱ. 操作自定义类型
3. operator new与operator delete函数
4. new与delete的实现原理
Ⅰ. 操作内置类型
Ⅱ. 操作自定义类型
5. 定位new的表达式
6. 相关常见面试题
①malloc/free和new/delete的区别
②什么是内存泄漏，内存泄漏的危害
1. C/C++中的内存管理
我们先看如下一段代码
#include
using namespace std;
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);
} 在C/C++中，各数据的分布如下
注：
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。
2. C/C++中的动态内存管理
①C语言的动态内存管理
详情可以查看：
动态内存管理（C语言）
②C++的动态内存管理
C语言内存管理方式在C++中可以继续使用，但在部分地方就无能为力，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。
Ⅰ. 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[3];
// 释放单个元素直接delete
delete ptr4;
delete ptr5;
// 释放数组使用delete[]
delete[] ptr6;
}
Ⅱ. 操作自定义类型
对于下列代码
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));
A* p2 = new A(1);
free(p1);
delete p2;
cout << "--------------------------" << endl;
// 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;
}运行后，我们发现有
因此，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。
3. operator new与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：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。
其源代码如下
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
其源代码如下
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;
}观察上面的代码之后，我们可以知道本质上来说 operator new == malloc 其不同之处在于operator new失败时，返回抛异常，而malloc失败时，返回空指针，类似地 operator delete == free
4. new与delete的实现原理
Ⅰ. 操作内置类型
操作内置类型时，new和delete调用operator new和operator delete函数，与malloc和free并无太大差异。
Ⅱ. 操作自定义类型
而在处理自定义类型时，new会先调用operator new函数再调用自定义类型的构造函数，而delete会先调用析构函数再调用operator delete函数。
new
delete
为什么要如此设计呢，我们举一个具体例子来说，比如我们要在堆上申请一个栈对象
int main()
{
Stack* st = new Stack;
delete st;
return 0;
}有
5. 定位new的表达式
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。
通俗来说，就是使用new的定义表达式进行显示调构造函数进行初始化。
如
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;
}6. 相关常见面试题
①malloc/free和new/delete的区别
共同点：都是从堆上申请空间，并且需要用户手动释放。不同点：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
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。