C/C++内存管理

原创已于 2024-07-18 16:39:03 修改 · 661 阅读

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#c++ #开发语言

于 2024-07-18 16:22:15 首次发布

1.C/C++内存分布

先看下图，我们可以了解到基本的内存分布：
1.局部变量等我们都放在栈区，如：num1，localVar,ptr1,ptr2,ptr3,char2,pChar3,*char2(将后面的常量字符串拷贝到数组中，数组存在栈区)

2.全局变量和静态变量都存在数据段（静态区），如：globalVal，staticGlobalVar,staticVar

3.动态开辟的空间都存放在堆上，如：*ptr1,*ptr2,*ptr3

4.常量字符串等只读常量则存放在代码段，如："abcd",*pChar3（因为并没有进行拷贝，所以*pChar3其实就是“abcd”里的a）

2.C++内存管理方式

C++兼容c的内存管理方式，但是不常用，因为C++创建了一套属于他自己的动态内存管理方式：new和delete

#include<iostream>
using namespace std;

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

	~A()
	{
		cout << "~A():" << this << endl;
	}
private:
	int _a;
};

int main()
{
	//使用new操作内置类型
	int* p1 = new int;
	int* p2 = new int(1);//创建一个int类型并初始化为1
	int* p3 = new int[10];//创建10个int类型的空间

	//使用new操作自定义类型
	A* p4 = new A;
	A* p5 = new A(1);
	A* p6 = new A[10];

	//使用delete操作内置类型
	delete p1;
	delete p2;
	delete[] p3;

	//使用delete操作自定义类型
	delete p4;
	delete p5;
	delete[] p6;

	return 0;
}

注意遇到new type[]（自定义类型）时在delete的时候一定要加方括号，否则容易报错，因为会导致析构函数调用错误

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。
*/
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
*/
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;
}
/*
free的实现
*/
#define free(p) _free_dbg(p, _NORMAL_BLOCK)

通过上述两个全局函数的实现知道，operator new 实际也是通过malloc来申请空间，如果

malloc申请空间成功就直接返回，否则执行用户提供的空间不足应对措施，如果用户提供该措施

就继续申请，否则就抛异常。operator delete 最终是通过free来释放空间的。

4.new和delete实现原理

5.1 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。

5.2 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

总而言之，new和delete的底层都是malloc和free，不同的是，他们会调用构造函数和析构函数

5.定位new表达式(placement-new)

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：

new (place_address) type或者new (place_address) type(initializer-list)

place_address必须是一个指针，initializer-list是类型的初始化列表

使用场景：

定位new表达式在实际中一般是配合内存池使用。因为内存池分配出的内存没有初始化，所以如

果是自定义类型的对象，需要使用new的定义表达式进行显示调构造函数进行初始化。

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();


A* p2 = (A*)operator new(sizeof(A));
new(p2)A(10);
p2->~A();
operator delete(p2);

//以上两段代码在正常情况下和以下两行代码的作用是一样的，所以除非在特别需要的情况，还是推荐以下写法
A* p3 = new A(10);
delete p3;