C++内存管理 && 读高质量C++/C编程指南第7章

Posted 2022-03-15 TangguTae

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内存区域划分

内存的分配方式

new / delete

比较new / delete与malloc / free

new与delete的实现原理

operator new与operator delete函数

operator new[ ]与operator delete[ ]函数

总结

常见的内存错误

1、内存尚未分配成功，却使用了它

2、相关操作导致内存越界

3、内存泄漏

4、释放内存还继续使用该内存空间

指针与数组的对比

避免野指针的出现

1、指针变量没有初始化

2、指针被释放后，未将该指针置空

3、指针操作超越了变量的作用范围

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这次来重点关注一下C++中的内存管理

内存区域划分

首先来看一下C/C++中程序的内存区域划分

从下往上依次为：代码段（常量区）、数据段（静态区）、堆、栈、内核空间。以32位系统为例，总共的地址空间为2^32，即为4G的大小，其中内核空间占用1G的大小，用户空间占用3G的大小。

内存的分配方式

1、代码段也叫常量区，用来存放二进制代码和常量；

2、数据段也叫静态区，用来存放全局变量、static变量。该区域的内存在程序编译的时候就已经分配好了，这块内存在程序于整个运行期间都存在。

3、从堆上分配的空间叫做动态内存分配，程序在运行的时候调用malloc或者new申请任意多少的内存，程序员自己负责free或者delete释放内存（如果不释放会造成内存泄漏）。

4、函数内部的局部变量是在栈上开辟的空间，函数在执行结束时这些变量会自动释放。

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new / delete

在C语言中，我们用malloc 和 free来进行内存的开辟与释放，在C++中我们既可以用malloc 和 free，也可以用new 和 delete。所以为什么要引入new 和 delete？

比较new / delete与malloc / free

在内置的类型的效果是一样的

对于自定义类型效果不一样的

光用malloc 和 free 是无法满足动态对象的要求的。malloc不会调用构造函数初始化；free只释放空间，不会调用析构函数。但是new开辟空间会调用构造函数初始化；delete释放空间并调用析构函数。

由于C++是一种面向对象的语言，用malloc和free无法完成动态对象的内存管理，应该用new和delete。

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new与delete的实现原理

operator new与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。

例如：

int *p=(int*)operator new(sizeof(int));

int *p = (int*)malloc(sizeof(int));

二者形式上很相似，实际上还是有区别的

malloc失败会返回一个空指针，但是operator new开辟失败会抛异常。

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，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 最终调用free函数，但是如果释放失败和free一样直接终止程序。

operator new[ ]与operator delete[ ]函数

如果我们要new出多个对象时即new T[N]，底层其实调用operator new[]来实现.。同样的delete[]调用的是operator delete[]。

void* operator new[](size_t _Size);

void*operator delete[](void* _Block);

operator new[]开辟多个空间时，调用的是operator new完成N个对象的空间申请

operator delete[]释放多个空间时，调用operator delete来释放空间

总结

new的原理分两步：1、调用operator new来申请空间；2、调用对象的构造函数。

delete的原理也分两步：1、调用析构函数对对象进行析构；2、调用operator delete释放空间

new[]的原理：1、调用operator new[]开辟N个对象大小的空间申请；2、调用N次对象的构造函数

delete[]的原理：1、调用N次对象的析构函数；2、调用operator delete[]对N个对象空间进行释放

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原理讲完了，现在来看看实际编程中应该注意的地方

常见的内存错误

1、内存尚未分配成功，却使用了它

建议每次申请完内存空间时，先检查指针是否为空。

2、相关操作导致内存越界

这个只能编程者自己小心了，尤其是在循环语句中很容易发生越界（例如数组）。

3、内存泄漏

动态内存的申请与释放必须匹配，无论是malloc/free还是new/delete，一个malloc对应一个free，new和delete同理。

这里还有个细节，当调用new[]一次开辟多个对象空间，在释放资源的时候只调用了delete，而未调用delete[]，这样也会导致内存泄漏。前者相当于delete objects[0]，只释放了一个对象的资源。

除此之外，在网络通信的过程中，socket套接字的创建但是忘记释放也会造成系统资源的泄漏。

为了避免内存泄漏，建议：

• 程序员自身养成良好的编程习惯。
• 采用C++11中的智能指针来管理指针。
• 打开的文件描述符记得释放。

4、释放内存还继续使用该内存空间

（1）程序对象调用关系过于复杂，不清楚某个对象是否已经被释放。

（2）函数返回了指向栈内存的指针或者引用，该内存出函数体后自动被销毁。

（3）使用free或者delete释放了指针，但是未将指针设为空（野指针）。

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指针与数组的对比

数组要么在静态存储区被创建（如全局数组），要么在栈上被创建。数组名对应着（而不是指向）一块内存，其地址与容量在生命期内保持不变，只有数组的内容可以改变。
指针可以随时指向任意类型的内存块，它的特征是“可变”，所以我们常用指针来操作动态内存。

深入理解一维数组与二维数组_TangguTae的博客-CSDN博客_一维数组和二维数组https://blog.csdn.net/weixin_43164548/article/details/120647738

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避免野指针的出现

野指针的出现主要有以下几种情况

1、指针变量没有初始化

任何指针变量刚被创建时不会自动成为NULL 指针，它的缺省值是随机的。所以需要进行初始化或者指向合法的内存空间。

char * p = NULL;//初始化

char * str = (char*)malloc(100*sizeof(char));//指向合法的内存

2、指针被释放后，未将该指针置空

当指针被free 或者delete 之后，没有置为NULL。

3、指针操作超越了变量的作用范围

class A

 public:
    void Func(void)
    
;

void test()

    A *p;
    
        A a;
        p = &a;
    //此时代码就有风险，因为a除了作用域
    p->Func();

当a出了作用域以后，p所指向的空间已经被释放，此时p就成为了野指针，这种代码非常的危险，而且还不容易察觉的到，编译器也没有报错。