C++/C内存管理

C/C++内存分布

        因为在C语言中已经简要学习过这部分内容,所以我用简单的习题引入今天的学习内容.那么就看下面的一段代码和相关问题吧

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？____

staticGlobalVar在哪里？____

staticVar在哪里？____

localVar在哪里？____

num1 在哪里？____

C C C A A

char2在哪里？____

*char2在哪里？___

pChar3在哪里？____

*pChar3在哪里？____

ptr1在哪里？____

*ptr1在哪里？__

A A A D A B

        用问题与答案暂时唤醒一下C语言中学习过的记忆~下面让我们通过图来看下C语言/c++程序内存划分(也是上面问题的题解).

        补充说明:

        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.(暂时只需要了解)

        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.

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

        也是简单地回忆一下C语言中动态内存管理的相关函数.详细见C语言复习笔记.

        1.malloc/calloc/realloc的区别？

        malloc:在堆上开辟一块空间,并返回执行空间的指针,不初始化.

        calloc:和malloc作用相同,但是会初始化所开空间.

        realloc:改变malloc所开空间的大小.一般用于扩容.

        复习完参与C语言的动态内存管理函数让我们学习下c++的吧.

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++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.(还是要强调一下new和delete都是操作符而不是函数).

  new/delete操作内置类型

        下面的代码注释即讲解:要注意分别()与[]的区别,()是初始化,[]是开空间的大小.

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include 

using namespace std;

int main()
{
	//申请一个int大小的空间
	int* ptr1 = new int;
	//申请一个int大小的空间,并初始化为4
	int* ptr2 = new int(4);
	//申请四个int大小的空间
	int* ptr3 = new int[4];
	//释放
	delete ptr1;
	delete ptr2;
	delete[] ptr3;//多个大小的空间要用delete[]释放
	return 0;
}

        如果看了上面的代码还不太理解可以看下下面图片

        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[]，要匹配起来使用.

        在内置类型方面根据代码的结果来看new与delete和malloc与free的作用方面的区别基本类似.只是new在使用时代码更加简便.

  new和delete操作自定义类型

        也是用一段简单的代码来直接引入.

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

	}
private:
	int _a;
};

int main()
{
	A* ptr1 = new A;
	cout << endl;
	A* ptr2 = new A[5];
	cout << endl;
	delete ptr1;
	cout << endl;
	delete[] ptr2;
	return 0;
}

        上面代码输出的结果如下图.

        与内置类型不同的是,在自定义类型中,new会在开辟空间之后调用自定义类型的默认构造函数初始化空间,且delete会在释放之前调用析构函数.而malloc和free则只是开辟和释放空间.

        注:这里若没有进行配对使用可能会产生一些错误,因为在用new[ ]开辟空间时,可能会在正常开辟的空间之前多开辟四个字节去存储开辟的自定义元素的个数,在调用delete[ ]进行释放时,释放的空间也会向前多释放四个字节.而free和delete则不会,因此会产生内存泄漏.所以一定要配对.

operator new与operator delete函数(了解)

        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.(这里的operator和运算符重载没有关系,不要弄混).

        所以 new要经过两个步骤:调用operator new,调用默认构造.

                delete也要经过两个步骤:调用operator delete,调用析构.

        operator new底层也是用malloc去开辟空间,而operator delete底层也是用free释放空间.那为什么要重新搞一个operator new和operator delete呢?这是因为operator new中加入了malloc失败的自检,如果申请内存失败了,会抛出bad_alloc 类型异常.更加方便.而operator delete则是为了与 operator new配对.

new和delete的实现原理

        这部分其实在之前以经有所提及但在这里总结一下.

  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

        这部分也在之前的介绍中提及很多,也是一个简单的总结:

        malloc/free和new/delete

        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释放.

        以上就是这部分我的所学啦,还有一点可以进行了解的定位new表达式(placement-new),但是我没有深入学习,就暂时不做记录~

        补充下:关于定位new这部分在下面博客中,大家感兴趣可以看看~

                补充内存管理中的定位new-CSDN博客

        大家晚安~