【c++】——类和对象(下) ——内存管理

作者:chlorine

专栏:c++专栏

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C/C++内存分布

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

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C++内存管理方式

new/delete操作内置类型

new和delete操作自定义类型

operator new与operator delete函数（重要点进行讲解）

new和delete的实现原理

内置类型

 自定义类型

常见面试题

malloc/free和new/delete的区别

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C/C++内存分布

我们先来看一下下面的一段代码吧

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);
}

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？_C___   staticGlobalVar在哪里？_C___
staticVar在哪里？__C__   localVar在哪里？__A__
num1 在哪里？___A_

上面的几个变量的位置在哪大家肯定很清楚，下面几个变量就有些难度了。

选项 : A.栈  B.堆  C.数据段(静态区)  D.代码段(常量区)

• char2在哪里？__A__ * char2在哪里？_A__

字符串默认是常量字符串存储常量区，而char2是开辟的数组存储在栈区
将字符串拷贝给数组(数组是初始化)。但是我们要知道数组名是数组首元素的地址。
char2是数组首元素的地址，对数组首元素的地址解引用是'a'不再常量区，而是栈区。因为字符串已经拷贝给数组，数组在栈区那么字符串就在常量区。所以这里是大家出错的地方，我一开始也选的是D，但是我们要知道字符串虽然存储在常量区，但是我们要给新开辟的数组初始化，就得给堆区的字符串拷贝给数组。

选项 : A.栈  B.堆  C.数据段(静态区)  D.代码段(常量区)

• pChar3在哪里？_A_    * pChar3在哪里？_D__
•  const char* pChar3 = "abcd";

pChar3是指针变量，存储在栈区，这是毋庸置疑的。字符串默认是常量字符串存储在常量区。pchar3是指向常量区"abcd\0"的地址，*pchar3是对常量区的"abcd\o"字符串解引用，找到字符串中a字符的,所以在字符串在哪*pchar就在哪。所以*pChar3存储在常量区。

选项 : A.栈  B.堆  C.数据段(静态区)  D.代码段(常量区)

• ptr1在哪里？_A___ * ptr1在哪里？__B__
•  int* ptr1 = (int*)malloc(sizeof(int) * 4);

ptr1是指针变量，在栈区，而表达式后面malloc其实是在堆上malloc个空间，*ptr1指向那块开辟的空间并对其解引用，找到那块空间，所以在*ptr1在堆区。

2. 填空题：

 int num1[10] = { 1, 2, 3, 4 };
 char char2[] = "abcd";

 const char* pChar3 = "abcd";

 int* ptr3 = (int*)realloc(ptr2, sizeof(int) * 4);

sizeof(num1) = _40___;
sizeof(char2) = _5___;      strlen(char2) = __4__;
sizeof(pChar3) = __4/8__;     strlen(pChar3) = _4/8___;    指针4/8字节
sizeof(ptr1) = _4/8___;

【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。

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

malloc 

calloc 

realloc 

free 

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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 。

new/delete操作内置类型

voidTest()
{
  // 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;
}

如果我们想申请3个int类型的空间，并初始化1，2，3.

这样显然报错，给多个申请空间初始化，需要用{}来初始化。

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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。

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new和delete操作自定义类型

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;
	return 0;
}

注意：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。

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operator new与operator delete函数（重要点进行讲解）

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。

• operator delete: 该函数最终是通过free来释放空间的

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new和delete的实现原理

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

常见面试题

malloc/free和new/delete的区别

• 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

特性 + 用法（上面5点）

• 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

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别心急，任何事