C/C++内存管理

目录

1. C/C++内存分布

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

malloc:

calloc:        

realloc:

free:        

注意:

3. C++内存管理方式

3.1 new/delete操作内置类型

3.2 new和delete操作自定义类型

4. operator new与operator delete函数

5. new和delete的实现原理

5.1 内置类型

5.2 自定义类型

new的原理

delete的原理

new T[N]的原理

delete[]的原理

 6. 定位new表达式(placement-new)

 7. malloc/free和new/delete的区别


1. C/C++内存分布

分析下面的变量储存的位置

#include<iostream>
using namespace std;

int globalVar = 1;
static int staticGlobalVar = 1;

int main()
{
	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);
	return 0;
}

globleVar:全局变量,在静态区

staticGlobalVar:静态全局变量,在静态区

staticVar:静态变量,在静态区

num1:数组名,栈        *num1:数组内容,栈

char2:数组名,栈        *char2:数组内容,栈

pChar3:const char* 类型指针,栈        *pChar3:内容属于const不可修改,常量区

ptr1,ptr2,ptr3:int* 指针,栈        *ptr1...:堆上申请的空间,堆

内存区域划分

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。


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

简单介绍

malloc:

函数        void *malloc( size_t size );

作用        向堆上申请size个字节大小的空间,成功返回void* 类型的指针,失败返回nullptr

calloc:        

函数        void *calloc( size_t num, size_t size );

作用        向堆上申请size*num个字节大小的空间,size表示每个对象的大小,num表示对象的个数,并完成初始化0,成功返回void* 类型的指针,失败返回nullptr

realloc:

函数        void *realloc( void *memblock, size_t size );

作用        把在堆上申请过的空间进行扩容,memblock表示之前申请的内存块的地址,size表示扩容后的大小,成功返回void* 类型的指针,失败返回nullptr。如果memblock为空,那么它会和malloc一样开空间,如果size的大小比之前小,就会减容。

free:        

函数        void free( void *memblock );

作用        把申请的空间归还,如果不free掉申请的空间就会发生内存泄漏,memblock是申请的内存块的地址,如果传错了,程序会崩溃

注意:

relloc扩容:

1.内存块后的可用空间满足扩容所需,会把后面的空间申请过来,返回的指针还是指向原来的位置

2,内存块后的可用空间不满足扩容所需,会在堆上的其他位置找一块足够大的空间,然后把前面的内容拷过来,再把之前的空间free掉,返回新的内存块的地址。


3. 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

3.1 new/delete操作内置类型

int main()
{
	// 动态申请一个int类型的空间
	int* p1 = new int;

	// 动态申请10个int类型的空间
	int* p2 = new int[10];

	// 动态申请一个int类型的空间并初始化为1
	int* p3 = new int(1);

	// 动态申请10个int类型的空间并初始化
	int* p4 = new int[10] {1, 2, 3};

	delete p1;
	delete[] p2;
	delete p3;
	delete[] p4;
	return 0;
}

操作符:new / new[] / delete / delete[]

对象个数:[个数]

初始化:()(只能应用于单个对象的初始化) {}(都可以应用)

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。

3.2 new和delete操作自定义类型

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

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

int main()
{
    A* p1 = new A;
    A* p2 = new A{ 1 };
    A* p3 = new A{1, 2};

    A* p4 = new A[3]{ {1,2}, 2 };

    delete p1, p2, p3;
    delete[] p4;

	return 0;
}

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

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。


4. 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。

operator delete: 该函数最终是通过free来释放空间的


5. new和delete的实现原理

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

在自定义类型上 new / delete 会比 operator new / operator delete 多调用构造和析构

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


 6. 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。

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

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

int main()
{
    // p1现在指向的只不过是与A对象相同大小的一段空间,还不能算是一个对象,因为构造函数没
有执行
    A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));
    if (p1 == nullptr)
    {
        perror("malloc fail");
        exit(-1);
    }
    new(p1)A(1, 2);
    p1->~A();
    free(p1);

    A* p2 = (A*)operator new(sizeof(A));

    new(p2)A();
    p2->~A();
    operator delete(p2);

    return 0;
}

 7. malloc/free和new/delete的区别

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

完。

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