C++内存管理

Posted 2021-06-22 DR5200

文章目录

• 一.C/C++内存分布
• 二.C++动态内存管理
• 三.operator new 与 operator delete 函数
• 四.定位new表达式
• 五.malloc/free和new/delete的区别
• 六.内存泄露

一.C/C++内存分布

(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
(3). 堆用于程序运行时动态内存分配，堆是可以向上增长的。
(4). 数据段(静态区)–存储全局数据和静态数据。
(5). 代码段(常量区)–可执行的代码/只读常量。

二.C++动态内存管理

C++使用 new 和 delete 操作符进行动态内存管理

(1). new/delete操作内置类型

new/delete操作内置类型和malloc/free无区别

void Test()
{
 	// 动态申请一个int类型的空间
 	int* ptr1 = new int;
 
 	// 动态申请一个int类型的空间并初始化为10
 	int* ptr2 = new int(10);
 
 	// 动态申请10个int类型的空间
 	int* ptr3 = new int[3];
 
 	delete ptr1;
 	delete ptr2;
 	delete[] ptr3; 
}

(2). new/delete操作自定义类型

new操作自定义类型时,会调用构造函数进行初始化,delete操作自定义类型时,会调用析构函数进行资源清理,而malloc/free则不会

#include<iostream>
using namespace std;
class Test
{
public:
	Test()
		: _data(0)
	{
		cout << "Test():" << this << endl;
	}
	~Test()
	{
		cout << "~Test():" << this << endl;
	}

private:
	int _data;
};
void Test1()
{
	// 申请单个Test类型的对象
	Test* p1 = new Test;
	delete p1;

	// 申请10个Test类型的对象
	Test* p2 = new Test[10];
	delete[] p2;
}
int main()
{
	Test1();
}

运行结果如下 :

三.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。

ListNode* p = new ListNode(1);
// 底层调用了 operator new函数开空间 + ListNode的构造函数初始化
// operator new 函数实际上通过malloc开空间,失败抛异常

operator new 函数和 operator delete 函数在用法和功能上和 malloc/free没有区别,区别是申请空间失败以后的处理方式不一样,malloc失败返回NULL,operator new 抛异常

ListNode* p1 = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
free(p1);

ListNode* p2 = (ListNode*)operator new(sizeof(ListNode));
operator delete(p2);

void* p3 = malloc(0xffffffff);
if (p3 == NULL)
{
	cout << "malloc fail" << endl;
}

try
{
	void* p4 = operator new(0xffffffff);
}
catch (exception& e)
{
	cout << e.what() << endl;
}

四.定位new表达式

定位new表达式是在已分配的原始内存空间中显示调用构造函数初始化一个对象

使用方法 : new (place_address) type或者new (place_address) type(initializer-list)
place_address必须是一个指针，initializer-list是类型的初始化列表

class A
{
public:
	A()
		:_a(0)
	{
		cout << "A():" << this << endl;
	}
	~A()
	{
		cout << "~A():" << this << endl;
	}
private:
	int _a;
};
int main()
{
	A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));
	new(p1)A;

	// 等价于 A* p2 = new A;
	A* p2 = (A*)operator new(sizeof(A));
	new(p2)A;

	// 等价于 delete(p2);
	p2->~A();
	operator delete(p2);
}

五.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

六.内存泄露

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

void MemoryLeaks()
 {
 	// 1.内存申请了忘记释放
 	int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int));
 	int* p2 = new int;
 }