C++内存管理

目录

    • C++的内存管理方式
      • 注意点
    • operator new与operator delete函数
      • 抛异常的简单介绍
    • new和delete实现原理
    • malloc/free和new/delete的区别
    • 定位new表达式
    • 习题

C++的内存管理方式

通过new和delete操作符进行动态内存管理。

C++内存管理_第1张图片
内置类型默认不初始化
如果int *p1=new int 然后delete [] p1 或者int *p2=new int[10] 然后delete p2
结果是未定义的,所以要匹配使用

// 额外支持开空间+初始化
	int* p6 = new int(10);
	int* p7 = new int[10]{1,2,3};
	int* p8 = new int[10]{};//初始化为0

malloc对于自定义类型会很乏力,只能开空间不能调用构造函数
C++内存管理_第2张图片
C++内存管理_第3张图片

int main()
{
	// malloc没有办法很好支持动态申请的自定义对象初始化
	A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));
	//p1->_a = 0;
	//p1->A(1);

	// 自定义类型,开空间+调用构造函数初始化
	A* p2 = new A;
	A* p3 = new A(3);

	// 自定义类型,调用析构函数+释放空间
	delete p2;
	delete p3;

	A* p4 = new A[10];
	delete[] p4;

	A aa1(1);
	A aa2(2);
	A* p5 = new A[10]{aa1, aa2};
	delete[] p5;


	A* p6 = new A[10]{ A(1), A(2)};
	delete[] p6;

	A* p7 = new A[10]{ 1, 2 };//用隐式类型转换会简化代码
	delete[] p7;

	return 0;
}

注意点

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[]
不匹配使用结果是未定义的

在vs编译器下:
没有写析构 free没问题,写了析构出问题

C++内存管理_第4张图片

A是4个字节,10个A就是40字节,外加4字节,把前四个字节数据置成10
存个数是因为
delete[] p2先调用析构函数,方括号里没有传个数,为了知道个数,会将指针向前偏移4个字节,然后取出来,调用10次析构函数,不能从p2指向的位置就释放了,(必须从申请的起始位置释放,不能分期释放)

左边 free (p2)和delete (p2)错误不仅仅是因为没有调用析构函数,(析构函数没调用是不会报错的,也就是内存泄漏),报错的原因是指针位置不对。
改成delete (p2-1)就发现通过了
(vs2022 x86):在这里插入图片描述
(vs2022 x64):在这里插入图片描述

右边不匹配但是没有报错是因为编译器知道A是自定义类型,没写析构函数,是自动生成的,因为不需要清理资源相当于自动生成的析构没做事。
编译器优化:认为析构没做事那不调也是可以的,没有多开4个字节,返回的p2指针的位置是正确的,所以delete(p2)不会报错

换个编译器可能结果就不一样了,右边崩溃也是可能的,比如不想优化就是要多开4个字节,结论:要匹配使用

operator new与operator delete函数

operator new与operator delete是库函数,不是new和delete的重载

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。

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);
}

还是用mallc开的空间
如果malloc失败,会抛异常
operator new与operator delete 其实是malloc和free的封装,因为malloc不会抛异常

抛异常的简单介绍

char* p1=new char[1000000];
cout<<p1<<end1;

对于所有指针,char * 比较特殊,其他类型打印会按指针打印,char * 可以是字符串,遇到 char* 会按字符串打印,遇到\0才停止,想打印char*指针得强转成其他类型,比如 (void *),或者用printf

F的二进制码为 1111
7的二进制码为 0111
整个整数 0x7FFFFFFF 的二进制表示就是除了首位是 0,其余都是1
所以这是有符号的最大int
char* p1=new char[0x7FFFFFFF];运行就会报错了

出现异常不捕获程序会终止
new失败不会返回空,会抛异常,可以用try catch捕获异常,在try里直接或间接遇到异常会跳转到catch不执行后续代码(打印hello world),如果new没问题那么不会进到catch里
C++内存管理_第5张图片

C++内存管理_第6张图片

new和delete实现原理

  • 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

  • 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

malloc/free和new/delete的区别

从用法+底层原理来理解
new 简化了用法
解决了动态申请的自定义的对象初始化问题

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

定位new表达式

析构函数可以显示调用,构造函数不可以显示调用

C++内存管理_第7张图片

为了效率,内存池会对堆里的内存提前进行储备,就像不想经常去河边打水然后在院子里打了水井。
有可能内存是从内存池来的,没有自动调用构造函数、析构函数,这时候就要显示的调用了

int main()
{
	// 内存池
	Stack* pst1 = (Stack*)operator new(sizeof(Stack));
	//pst1->Stack(4); // 不支持
	new(pst1)Stack(4); // 显示调用构造函数

	pst1->~Stack();
	operator delete(pst1);

	return 0;
}

习题

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);
}

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?____

C++内存管理_第8张图片

常量区有一块空间里面存的是abcd\0
右边5个字节所以char2开5个字节,初始化的方式是把常量区里的数据拷贝过去
pchar3存的是常量字符串的地址

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