C++内存管理

Posted 2021-06-28 银背欧尼酱

文章目录

• 前言
• 一、C/C++内存分布
• 二、C语言的动态内存管理
• 三，C++内存管理方式
• • 3.1 new/delete操作内置类型
  • 3.2 new/delete操作自定义类型
  • 3.3 operator new和operator delete函数
  • 3.4 new和delete的实现原理
  • • 3.4.1 内置类型
    • 3.4.2 自定义类型
  • 3.5 malloc/free和new/delete的区别：
  • 3.6 内存泄漏
• 总结

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前言

我们在C语言中已经学习了内存管理，在C++部分内存管理同样是很重要的模块。本文章将为大家进一步介绍C/C++的内存管理相关知识。

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一、C/C++内存分布

先来看一段代码：

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";
 
	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___
 
 
 
char2在哪里？_A___ * char2在哪里？_D__
 
pChar3在哪里？_A___ * pChar3在哪里？__D__
 
ptr1在哪里？_A___ * ptr1在哪里？_B___
 
 
 
2. 填空题：
 
sizeof(num1) = _40_;
 
sizeof(char2) = __5__;   strlen(char2) = __4__;
 
sizeof(pChar3) = __4__;   strlen(pChar3) = __4__;
 
sizeof(ptr1) = __4__;

说明：

• 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。
• 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。
• 堆用于程序运行时动态内存分配，堆是可以上增长的。
• 数据段–存储全局数据和静态数据。
• 代码段–可执行的代码/只读常量。

二、C语言的动态内存管理

malloc/calloc/realloc和free：

代码如下（示例）：

void Test ()
{
     int* p1 = (int*) malloc(sizeof(int));
     free(p1);

     // 1.malloc/calloc/realloc的区别是什么？
     int* p2 = (int*)calloc(4, sizeof (int));
     int* p3 = (int*)realloc(p2, sizeof(int)*10);

     // 这里需要free(p2)吗？
     free(p3 );
}

三，C++内存管理方式

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

代码如下（示例）：

void Test()
{
     // 动态申请一个int类型的空间
     int* ptr4 = new int;

     // 动态申请一个int类型的空间并初始化为10
     int* ptr5 = new int(10);

     // 动态申请10个int类型的空间
     int* ptr6 = new int[3];

     delete ptr4;
     delete ptr5;
     delete[] ptr6; 
 }

3.1 new/delete操作内置类型

代码如下（示例）：

void Test()
{
     // 动态申请一个int类型的空间
     int* ptr4 = new int;

     // 动态申请一个int类型的空间并初始化为10
     int* ptr5 = new int(10);

     // 动态申请10个int类型的空间
     int* ptr6 = new int[3];

     delete ptr4;
     delete ptr5;
     delete[] ptr6; 
}

注：

• 申请和释放单个元素的空间，使用new和delete操作符，申请和释放连续的空间，使用new[]和delete[]

• 单个类型的空间：new delete

• 连续空间的空间：new[] delete[]

• new / delete并不是函数 运算符，也是C++中的关键字， new之后跟所需要申请空间的类型

// 怎么申请就怎么释放
// malloc - free     new-delete   new[] - delete[]

// 一定要匹配使用  一定要匹配使用   一定要匹配使用
// 如果不匹配使用，轻则内存泄漏，重则可能会导致程序崩溃

// 对于内置类型，释放遵守无关---但是强烈建议一定要遵守
int main()
{
	int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int)* 10);
	int* p2 = (int*)malloc(sizeof(int)* 10);

	delete p1;
	delete[] p2;

	int*p3 = new int;
	int* p4 = new int;
	free(p3);
	delete[] p4;

	int* p5 = new int[10];
	int* p6 = new int[10];
	free(p5);
	delete p6;

	_CrtDumpMemoryLeaks();
	return 0;
}

3.2 new/delete操作自定义类型

代码如下（示例）：

class Test
{
public:
     Test()
         : _data(0)
     {
         cout<<"Test():"<<this<<endl;
     }
     ~Test()
     {
         cout<<"~Test():"<<this<<endl;
     }
 
private:
     int _data;
};
void Test2()
{
     // 申请单个Test类型的空间
     Test* p1 = (Test*)malloc(sizeof(Test));
     free(p1);
 
     // 申请10个Test类型的空间
     Test* p2 = (Test*)malloc(sizoef(Test) * 10);
     free(p2);
}
void Test2()
{
     // 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; 
}

注：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和free不会。

3.3 operator new和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。

3.4 new和delete的实现原理

3.4.1 内置类型

如果申请的是内置类型的空间，new和malloc，delete和free基本类似，不同的地方是：new/delete申请和释放的是单个元素的空间，new[]和delete[]申请的是连续空间，而且new在申请空间失败时会抛异常，malloc会返回NULL。

3.4.2 自定义类型

• new的原理：

1.调用operator new函数的申请空间

2.在申请的空间上执行构造函数，完成对象的构造。

• delete的原理：

1.在空间上执行析构函数，完成对象中资源的清理工作

2.调用operator delete函数释放对象的空间

• new T[N]的原理：

1.调用operator new[]函数，在operator new[]中实际调用operator new函数完成N个对象空间的申请

2.在申请的空间上执行N次构造函数

• delete[]的原理

1.在释放的对象空间上执行N次析构函数，完成N个对象中资源的清理

2.调用operator delete[]释放空间，实际在operator delete[]中调用operator delete来释放空间

3.5 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

3.6 内存泄漏

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;

     // 2.异常安全问题
     int* p3 = new int[10];

     Func(); // 这里Func函数抛异常导致 delete[] p3未执行，p3没被释放.

     delete[] p3;
 }

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总结

以上就是本节内容，希望大家有所收获。