C&C++内存管理

本文探讨了C&C++的内存管理,包括栈、内存映射段、堆、数据段和代码段的内存分布。重点讲解了C语言中的malloc、calloc、realloc以及C++中的new、delete操作符,阐述了它们的区别和使用场景。此外,还提到了operator new和operator delete的作用,以及内存泄漏的危害和避免方法。

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  • 内存分布

  1. :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内存,做进程间通信;
  3. :用于程序运行时动态内存分配,堆是可以向上增长的;
  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;

                                                 

程序在Linux上是如何被编译后运行起来的?

  1. 编写的代码是存在文件系统上的的;
  2. 编译器去读这个程序,通过编译链接生成二进制可执行程序a.out;
  3. ./a.out在一个终端下去运行程序,运行程序a.out相当于终端创建了一个子进程,exec对创建的子进程进行替换,替换成a.out

 

c语言中动态内存管理方式:malloc/calloc/realloc的区别?

malloc申请空间,calloc申请空间并初始化为0,realloc在原有空间上进行扩容;

 

c++内存管理方式:new和delete

c语言内存管理方式在c++中可以继续使用,但是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;

int main()
{
    //C函数
    int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int));
    int* p3 = (int*)malloc(sizeof(int)*10);
    free(p1);
    free(p2);
    
    //C++操作符
    int* p2 = new int;
    //int* p2 = new int(10);    //申请一个int4个字节空间,初始化成10;
    int* p4 = new int[10];    //申请10个int的40个字节空间

    delete p2;
    delete[] p4;

    return 0;
}

注: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[];

 

malloc和free,new和delete它们之间的区别?

  1. 对于内置类型(int,char等),两者效果是一样的;
  2. 对于自定义类型,两者效果就不一样了:
    1. malloc只申请空间,new申请空间+构造函数初始化;
    2. free只释放空间,delete析构函数+释放空间;
class A
{
public:
    A()
    {
        _a = 0;
        cout << "A()" << endl;
    }
    ~A()
    {
        cout <<"~A()" << endl;
    }
private:
    int _a;
}
int main()
{
    int* p1 = new int;
    int* p2 = (int*)malloc(sizeof(int));

    A* p3 = (A*)malloc(sizeof(A));    //申请空间
    A* p4 = new A;                    //申请空间+构造函数初始化

    free(p3);                        //释放空间
    delete p4 ;                      //析构函数+释放空间

    return 0;
}

 

  • operator new和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,则抛异常;

 

operator delete:该函数最终通过free来释放空间的,若释放错误则终止程序;

 

  • new和delete的实现原理

对于内置类型:

new和malloc,delete和free基本类似,不同的是:new在申请空间失败时会抛异常,malloc申请失败会返回NULL;

 

对于自定义类型:

new的原理:

  1. 调用operator new函数申请空间;
  2. 在申请空间上执行构造函数,完成了对象的构造;

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和malloc的区别

相通点:

  1. 都是从堆上申请空间,并且需要用户手动释放;

不同点:

  1. 使用效果:new会调用构造函数,失败抛异常,malloc失败了返回0;
  2. 概念性质:malloc是函数,new是操作符;
  3. 使用方法:
    1. malloc用法:参数传字节数,返回值void*;
    2. new后面跟申请对象的类型,返回值是类型的指针;

 

  • 内存泄露

 指针所指向的空间不需要了,忘记或其他原因没有释放p指向的空间,就是内存泄漏;

  • 内存泄漏危害

长期运行的程序,出现内存泄漏危害很大,或者设备的内存本身很小,也有危害;

  • 如何避免内存泄漏

  1. 事先预防型,如智能指针等;
  2. 事后查错型,如泄漏检测工具;

 

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