C++ ——动态内存管理详解

Posted 2023-02-15 康x呀

C++ ——动态内存管理与深拷贝和浅拷贝详解

• • 内存分布
  • C++动态内存管理
  • new和delete操作自定义类型
  • operator new和operator delete
  • placement-new
  • 常见面试题

内存分布

内存大致分为三部分：Stack；Heap；Static
每个部分大概存储的是：

补充说明：

1. 栈又叫堆栈，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。（Linux课程如果没学到这块，现在只需要了解一下）
3. 堆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。

C++动态内存管理

C语言的内存申请方式：

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

C++中用new申请内存，匹配delete销毁
C++中内存申请比C语言中的优势在于：

需要多少直接后面写多少，且不用判别是否申请成功。而且也不需要类型强转。

还可以对申请的空间进行初始化

new和delete操作自定义类型

对于malloc申请的内存空间：Test 是一个无名对象地址空间，是malloc手动动态申请的。

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。

使用C++中new、delete对String类的一些操作;

// An highlighted block
#include<iostream>
#include<string.h>

using namespace std;

class String

public:
	String(const char *str = "") :m_data(nullptr)
	
		m_data = new char[strlen(str) + 1];
		strcpy(m_data, str);
	

	String(const String &s) :m_data(nullptr)
	
		m_data = new char[strlen(s.m_data) + 1];
		strcpy(m_data,s.m_data);
	
	String& operator = (const String &s)
	
		if (this != &s)
		
			delete[]m_data;
			m_data = new char[strlen(s.m_data) + 1];
			strcpy(m_data, s.m_data);//拷贝
		
		return *this;
	
	~String()
	
		delete[]m_data;
		m_data = nullptr;
	
private:
	char *m_data;
;

void main()

	String s1 = "abc";
	String s2 = s1;
	String s3;
	s3 = s2;

operator new和operator delete

new的形式一般分为三种：

1.new operator
2.operator new
3.placement new（通向高级c++的语法）

为什么会有这三种方式呢？

平时我们使用的new操作符 其实就是 new operator

作用：
1.申请空间
2.调用对象的构造函数

operator new 对new进行运算符重载，返回对应的指针，称之为操作符new

要求：
其返回值必须是无类型指针
第一个参数必须是无类型的整形参数 ——size_t

作用：
只管开辟空间，不会调动构造函数。

重载了new之后，同时也要重载其对应的delete

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 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

placement-new

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。

在一个已经开辟好的内存空间上进行把整数构造进去。

这就是定位new的作用，只是吧整数构造到已经存在的空间中

那么定位new具体怎么定呢？需要进行重载new

在原有空间的基础之上进行操作。

重载对单个对象和一个数组的申请是不同的，

常见面试题

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
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

什么是内存泄漏，内存泄漏的危害？

什么是内存泄漏？
内存泄漏指因为疏忽或错误造成程序未能释放已经不再使用的内存的情况。内存泄漏并不是指内存在物理上的消失，而是应用程序分配某段内存后，因为设计错误，失去了对该段内存的控制，因而造成了内存的浪费。

内存泄漏的危害？
长期运行的程序出现内存泄漏，影响很大，如操作系统、后台服务等等，出现内存泄漏会导致响应越来越慢，最终卡死。

内存泄漏分类：
堆内存泄漏(Heap leak)
堆内存指的是程序执行中依据须要分配通过malloc / calloc / realloc / new等从堆中分配的一块内存，用完后必须通过调用相应的 free或者delete 删掉。假设程序的设计错误导致这部分内存没有被释放，那么以后这部分空间将无法再被使用，就会产生Heap Leak。

系统资源泄漏
指程序使用系统分配的资源，比方套接字、文件描述符、管道等没有使用对应的函数释放掉，导致系统资源的浪费，严重可导致系统效能减少，系统执行不稳定。