C&C++内存管理

C&C++内存管理

1.内存分布

栈又叫堆栈，非静态局部变量/函数参数/返回值等等。

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。

堆用于程序运行时动态内存分配。

数据段存储全局变量和静态数据。

代码段可执行的代码/只读常量。

#include<stdio.h>
int a = 0;	//a在数据段
static int b = 0;	//b在数据段
int main()
{
	static int c = 0;	//c在数据段
	int d = 0;	//d栈
	int e[10] = { 1,2,3 };	//e在栈
	char f[] = "abcd";	//f和*f在栈
	char* g = "abcd";	//g在栈/*g在代码段
	int* h = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);	//h在栈/*h在堆
	free(h);
	return 0;
}

2.C语言中动态内存管理方式

int main()
{
	int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int) * 4);
	int* p2 = (int*)calloc(4, sizeof(int));
	int* p3 = (int*)realloc(p2, sizeof(int) * 10);
	free(p1);
	free(p3);
}

3.C++内存管理方式

C语言内存管理方式可以继续在C++中使用，并且C++还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。

操作内置类型

int main()
{
	int* ptr1 = new int;
    //动态申请一个int类型的空间
	int* ptr2 = new int(10);
    //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
	delete ptr1;
	delete ptr2;
	delete[] ptr3;
	return 0;
}

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[]。

操作自定义类型

class Test
{
public:
	Test(int a = 10)
		:_data(a)
	{
		cout << _data << endl;
	}
	~Test()
	{
		_data = 0;
		cout << _data << endl;
	}
private:
	int _data;
};
int main()
{
	Test* t1 = new Test;
	Test* p1 = (Test*)malloc(sizeof(Test));
    //申请单个Test类型的空间
	Test* t2 = new Test[10];
    Test* p2 = (Test*)malloc(sizeof(Test) * 10);
    //申请10个Test类型的空间
	delete t1;
    free(p1);
	delete[] t2;
    free(p1);
	return 0;
}

根据运行结果我们能够知道，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和free不会。

4.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在底层调用operator delete全局函数来释放空间。

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，否则就抛出异常。operator delete实际上也是通过free来释放空间。

5.new和delete的实现原理

内置类型

如果申请的内置类型，new和malloc，delete和free基本类似。不用在于new申请空间失败时会抛出异常，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函数释放对象空间。

6.定位new

class Test
{
public:
	Test(int a = 10)
		:_data(a)
	{
		cout << _data << endl;
	}
	~Test()
	{
		_data = 0;
		cout << _data << endl;
	}
private:
	int _data;
};

int main()
{
	Test* p = (Test*)malloc(sizeof(Test));
	new(p)Test(100);
	return 0;
}

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。

7.malloc/free和new/delete的区别

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
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