【C++】C/C++ 内存管理从入门到进阶

【相关题目】代码语言javascriptAI代码解释int globalVar 1; static int staticGlobalVar 1; void Test() { 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); }1. 选择题选项: A.栈 B.堆 C.数据段(静态区) D.代码段(常量区)globalVar在哪里 C staticGlobalVar在哪里__C__ staticVar在哪里__C__ localVar在哪里__A__ num1 在哪里__A__【分析】:globalVar全局变量在数据段staticGlobalVar静态全局变量在静态区staticVar静态局部变量在静态区localVar局部变量在栈区num1局部变量在栈区char2在哪里__A__ *char2在哪里__A__pChar3在哪里__A__ *pChar3在哪里__D__ptr1在哪里__A__ *ptr1在哪里__B__【分析】:char2局部变量在栈区char2是一个数组把后面常量串拷贝过来到数组中数组在栈上所以*char2在栈上pChar3局部变量在栈区*pChar3得到的是字符串常量字符在代码段ptr1局部变量在栈区*ptr1得到的是动态申请空间的数据在堆区2. 填空题sizeof(num1) __40__; //数组大小,10个整形数据一共40字节 sizeof(char2) __5__; //包括\0的空间 strlen(char2) __4__; //不包括\0的长度 sizeof(pChar3) __4__; //pChar3为指针 strlen(pChar3) __4__; //字符串“abcd”的长度不包括\0的长度 sizeof(ptr1) __4__; //ptr1是指针二、栈与堆对比栈和堆是日常开发中最常接触的内存区域二者的差异直接决定了使用场景的选择以下是全方位对比特性栈区Stack堆区Heap管理方式编译器自动分配释放程序员手动通过new/delete等接口管理空间大小较小几 MB较大受系统内存限制访问速度极快栈指针操作较慢需内存寻址生命周期随作用域自动销毁显式释放前持续存在内存碎片无频繁分配释放易产生碎片增长方向从高地址到低地址从低地址到高地址典型场景局部变量、函数参数大对象、跨作用域数据风险点栈溢出过大局部变量内存泄漏未释放、野指针三、动态内存管理C 和 C 都支持堆内存的动态管理但提供了不同的接口使用时需注意语法规范和匹配原则避免混用导致内存问题。1. C语言malloc/calloc/realloc与freemalloc(size_t size)分配指定字节数的堆内存返回 void * 指针需手动类型转换。calloc(size_t num, size_t size)分配 num 个大小为 size 的连续内存初始化为 0。realloc(void* ptr, size_t size)调整已分配内存的大小可能会移动内存块。free(void* ptr)释放通过上述函数分配的堆内存ptr 必须指向堆内存起始地址。【示例代码】代码语言javascriptAI代码解释#include stdio.h #include stdlib.h int main() { // 1. malloc分配内存不初始化 int* m (int*)malloc(2 * sizeof(int)); m[0] 1; m[1] 2; printf(malloc: %d, %d\n, m[0], m[1]); // 2. calloc分配并初始化为0 int* c (int*)calloc(2, sizeof(int)); printf(calloc: %d, %d\n, c[0], c[1]); // 3. realloc扩容malloc的内存 m (int*)realloc(m, 3 * sizeof(int)); m[2] 3; printf(realloc后: %d, %d, %d\n, m[0], m[1], m[2]); // 4. free释放内存 free(m); free(c); return 0; }2. Cnew/delete与new[]/delete[]C 在 C 的基础上提供了更安全的动态内存接口支持对象的构造和析构new T****分配单个 T 类型对象的内存自动调用构造函数初始化。new T[n]****分配 n 个 T 类型对象的数组内存自动调用每个对象的构造函数。delete ptr****自动调用析构函数释放单个对象内存。delete[] ptr****自动调用每个对象的析构函数释放数组内存。【注意】接口必须成对使用new对应deletenew[]对应delete[]混用会导致内存泄漏或程序崩溃。无需手动类型转换new返回对应类型指针且分配失败时抛出bad_alloc异常而非返回 NULL。【示例代码】代码语言javascriptAI代码解释int main() { //内置类型 int* a2 new int;//不初始化 delete a2; int* a3 new int(1);//初始化 delete a3; int* a4 new int[4];//数组~不初始化 delete[] a4; int* a5 new int[4] {1, 2, 3, 4};//数组~初始化不完全初始化的话未初始化的都会被初始化为0 delete[] a5; //自定义类型~用法和内置类型同理 // 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 return 0; }【面试题】malloc/calloc/realloc的区别malloc 、 calloc 、 realloc 的区别主要在三点参数不同malloc 是单参数总字节数 calloc 是双参数元素个数单个大小 realloc 是双参数原地址新字节数。初始化不同malloc 分配的内存未初始化 calloc 会自动初始化为0 realloc 的新增部分未初始化。功能不同malloc 和 calloc 是首次分配内存 realloc 是调整已分配内存的大小。【问题】这里需要free(p2)吗代码语言javascriptAI代码解释void Test () { int* p2 (int*)calloc(4, sizeof (int)); int* p3 (int*)realloc(p2, sizeof(int)*10); free(p3 ); }不需要free(p2)无论是异地扩容还是原地扩容最终都不需要专门释放p2如果是原地扩容p1和p2指向同一块空间如果是异地的话将原内容拷贝后会自动释放原来p2指向的空间四、operator new/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但是追踪到底还是会调用malloc和free因为毕竟c兼容C语言有现成开空间的函数直接调用不就行了呗下面是operator new函数源码malloc失败返回空new失败抛异常后面会学到【new底层汇编】从图中可以看到是先调用operator new再调用相对应的构造函数【delete底层汇编】delete的底层是先调用析构函数然后再调用operator delete【模拟栈对象如何在堆上申请/释放空间】先为栈对象开空间然后调用该对象的构造函数为_array开辟空间最终让栈上的p1指针指向堆上的对象栈对象和栈内存区域是两个不同领域的概念