C++——内存管理

本文的开始,我们要先知道以下的知识点:

——非静态的局部变量,函数的返回值和参数等(栈是向下增长的)

——用于动态的内存分配(堆是向上增长的)

静态区(数据段)——静态变量,全局变量

常量区(代码段)——存放常量/可执行代码

 一.C++内存管理

1.new和delete操作内置类型

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
// 动态申请一个int类型的空间
int* ptr1 = new int;
//动态申请一个int类型的空间,初始化为0(根据系统可能不同)
int* ptr2 = new int();
// 动态申请一个int类型的空间并初始化为10
int* ptr3 = new int(10);
// 动态申请10个int类型的空间
int* ptr4 = new int[10];
//动态申请10个int类型的空间,并初始化为10,0,0,0....(根据系统可能为0)
int* ptr5 = new int[10]{10};
delete ptr1;
delete ptr2;
delete ptr3;
delete[] ptr4;
delete[] ptr5;
}

这里我们不需要再用malloc等函数来申请内存空间,我们可以用C++的方式来申请内存

new+类型——可以开辟一个类型的空间,没有初始化(系统默认的随机值)。

new+类型()——可以开辟一个空间,系统给予一个固定的值(vs给的是0)

new+类型(数字a)——开辟一个类型的空间并将这个空间初始化为a。

new+类型[数字a]——开辟a个类型的空间,不会初始化(系统默认的随机值)。

 new+类型[数字a]{数字b1,数字b2......}——开辟a个类型的空间,并将空间初始化成b1,b2.......。

当你只申请了一个空间的时候只用delete +指针的名字,当申请了多个空间的时候要用delete[]+指针的名字。

2 new和delete操作自定义类型

#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
	A(int a = 0)
		: _a(a)
	{
		cout << "A():"  << endl;
	}
	~A()
	{
		cout << "~A():"  << endl;
	}
private:
	int _a;
};
int main()
{
	A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));
    A* p2 = new A(1);
    free(p1);
    delete p2;
}

 

我们可以看到左边调用了malloc,右边调用了new,但是malloc没有调用构造函数和析构函数,而new调用了这两个函数,这便是他们的一个区别。 

二.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。

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(宏定义)
*/
#define free(p) _free_dbg(p, _NORMAL_BLOCK)

总的来说,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。 

三.new和delete的实现原理

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。

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

四. malloc/free和new/delete的区别

malloc/free和new/delete的共同点是: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 

 

 

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