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【C++】--内存管理

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目录

  • 1 C/C++内存分布
  • 2 C语言中动态内存管理方式 :
  • 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
    • 4.1 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
  • 6 malloc/free和new/delete的区别

1 C/C++内存分布

在这里插入图片描述
在C/C++程序中,内存通常分为以下几个区域 :

1 代码段:

  • 用于存放程序的机器指令,即编译后的代码。代码段是只读的,防止程序在运行时修改自身指令。

2 数据段 :

  • 包含已经初始化的全局变量和静态变量,这些变量在程序运行期间一直存在
  • 分为两个区一个是.data区域用于存放已经初始化的全局变量和静态变量,另一个是.bss区域,用于存放未初始化的全局变量和静态变量并将它们初始化为0.

3 堆区:

  • 用于动态内存分配,程序运行时可以通过malloc、calloc、new来分配内存,使用free、delete来释放内存
  • 堆的内存管理有程序员手动执行,管理不当容易造成内存泄漏。

4 栈区 :

  • 用于存放函数调用时的临时数据,局部变量,返回地址和函数参数等

  • 栈的内存都是自动分配和释放的,随着函数的进入和退出,局部变量会自动分配释放。
    5 内存映射段 :

  • 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。

2 C语言中动态内存管理方式 :

void Test02()
{int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int) * 2);int* p2 = (int*)realloc(p1, 4);int* p3 = (int*)calloc(4, sizeof(int));
}

3 C++内存管理方式

3.1 new/delete操作内置类型

void Test03()
{//动态申请一个int类型的空间int* p1 = new int;//动态申请一个int类型的空间,初始化为10int* p2 = new int(10);//动态申请10个int类型的空间int* p3 = new int[10];delete p1;delete p2;delete[] p3;
}

申请和释放一块空间使用new和delete,申请和释放一段连续的空间就需要使用new[]和delete[]搭配使用

3.2 new和delete操作自定义类型

int main()
{//new/delete 和 malloc/free的最大的区别就是new/delete会自动调用自定义类型的构造函数和析构函数A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));A* p2 = new A(1);free(p1);p1 = nullptr;delete p2;return 0;
}

运行结果 :
在这里插入图片描述
我们可以看到new和delete自动调用了A类型的构造函数和析构函数。

4 operator new与operator delete

4.1 operator new与operator delete函数

new和delete是用户进行动态申请的操作符,operator new与operator delete是系统提供的全局函数,new在底层通过调用operator new来动态分配空间,delete在底层通过调用operator delete来动态分配空间,

/*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 bytesvoid *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_FINALLYreturn;}/*free的实现
*/#define   	free(p)     _free_dbg(p, _NORMAL_BLOCK)

5 new和delete的实现原理

5.1 内置类型

如果申请的空间是一个空间那么new和delete以及malloc和free基本上没有区别,不同的地方是new/delete分配和释放的是单个元素的空间,而new[]和delete[]分配和释放的是一段连续的空间,如果new的时候失败了会抛异常,malloc失败了会返回NULL。

5.2 自定义类型

  1. new的原理

    1 调用operator new函数申请空间
    2 在申请的空间上调用构造函数,完成对象的构造

  2. delete的原理
    1 在空间上执行析构函数,完成对象中的资源清理工作
    2 调用operator delete 函数释放对象的空间

  3. new[]的原理
    1 调用operator new[]函数,在operator new[]函数中调用N次operator new函数来完成对象空间的申请。
    2 在申请的空间上调用N次构造函数

  4. delete[]的原理
    1 在空间上执行N次析构函数,完成N个对象中的资源清理工作
    2 调用operator delete[]函数释放空间,实际在operator delete[]中调用N次operator delete函数来释放空间

6 malloc/free和new/delete的区别

他们的共同点:都要在堆上开辟空间,并且都需要用户手动释放
不同点 :

  1. malloc/free是函数,new/delete是操作符
  2. malloc开辟的空间不会初始化,new可以初始化
  3. malloc申请空间需要手动计算开辟空间的大小,而new只需要在后面加上函数的类型并且在[]中添加需要开辟的数量
  4. malloc开辟空间的返回值类型是void*使用时需要强转,而new后跟的是空间类型
  5. malloc申请失败会判空,而new失败会抛异常
  6. 申请自定义类型是只有new/delete会调用函数的构造函数和析构函数

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