C/C++内存管理
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了C/C++内存管理相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
C/C++内存管理
C/C++内存分布
https://blog.csdn.net/AI_ELF/article/details/121775461
C语言中动态内存管理方式
malloc/calloc/realloc和free
void Test ()
// malloc/calloc/realloc的区别
int* p1 = (int*) malloc(sizeof(int));
free(p1);
int* p2 = (int*)calloc(4, sizeof (int));
int* p3 = (int*)realloc(p2, sizeof(int)*10);
// 这里不需要free(p2)
free(p3 );
malloc/calloc/realloc的区别:
malloc: 开空间
calloc：开空间+初始化
realloc：是对malloc或calloc的空间进行扩容
注意：
C++兼容C语言，这一套动态内存申请释放在C++中都可以用
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
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3
int* ptr5 = new int(3);
// 动态申请3个int类型的空间
int* ptr6 = new int[3];
delete ptr4;
delete ptr5;
delete[] ptr6;
注意：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[]
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<iostream>
using namespace std;
class A
public:
A(int a = 0)
:_a(a)
cout << "A(int a = 0)" << endl;
~A()
cout << "~A()" << endl;
private:
int _a;
;
int main()
//malloc库函数
int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int));
free(p1);
//new、delete操作符，new/delete是两个关键字
int* p2 = new int;
delete p2;
A* p3 = (A*)malloc(sizeof(A));
free(p3);
A* p4 = new A;
delete p4;
A* p8 = new A(10);
delete p8;
//数组
int* p5 = (int*)malloc(sizeof(int) * 3);
free(p5);
int* p6 = new int[3];
delete[] p6;
A* p7 = new A[3];
delete[] p7;
return 0;
new/delete和malloc/free的区别：
如果动态申请的对象是内置类，用malloc或new没有区别
如果动态申请的对象是自定义类型，new/delete不仅仅会开辟空间/释放空间，还会调用构造函数和析构函数；而malloc/free只会开辟空间/释放空间。
注意：
- 使用new/delete和malloc/free时，一定要匹配使用，否则可能会崩溃
- 在C++中建议使用new/delete（malloc/free能做到的，new/delete都能做到；new/delete能做到，malloc/free不一定能做到的）
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。
/*
/*
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 bytes
void* 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_FINALLY
return;
/*
free的实现
*/
#define free(p) _free_dbg(p,_NORMAL_BLOCK)
int main()
int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int) * 10); //malloc
int* p2 = (int*)operator new(sizeof(int) * 10); //operator new
int* p3 = new int[10]; //new
free(p1);
operator delete (p2);
delete[] p3;
return 0;
总结：
- 通过上述两个全局函数的实现知道，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
- new和malloc不一样，申请内存失败后，malloc后返回NULL空指针，而new申请内存失败后会抛异常
- operator new就是对malloc的封装，申请内存失败就会抛异常
- operator delete 是对free的封装，释放内存空间
注意：
new是先申请空间（operator new）再去调用构造函数
delete是先调用析构函数再去释放内存空间（operator delete）
operator new与operator delete的类专属重载
以下，针对链表的节点ListNode通过重载类专属 operator new/ operator delete，实现链表节点使用内存池申请和释放内存，提高效率。
struct ListNode
ListNode* _next;
ListNode* _prev;
int _data;
void* operator new(size_t n) // 重载类专属 operator new
void* p = nullptr;
p = allocator<ListNode>().allocate(1);
cout << "memory pool allocate" << endl;
return p;
void operator delete(void* p) //重载类专属 operator delete
allocator<ListNode>().deallocate((ListNode*)p, 1);
cout << "memory pool deallocate" << endl;
;
class List
public:
List()
_head = new ListNode;
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
~List()
ListNode* cur = _head->_next;
while (cur != _head)
ListNode* next = cur->_next;
delete cur;
cur = next;
delete _head;
_head = nullptr;
private:
ListNode* _head;
;
int main()
List l;
return 0;
operator new与operator delete的类专属重载的应用
struct ListNode
int val;
struct ListNode* next;
static int _count;
ListNode(int x)
:val(x)
, next(nullptr)
cout << "ListNode()" << endl;
~ListNode()
cout << "~ListNode()" << endl;
void* operator new(size_t n)
++_count; //计数创建了节点个数++
return ::operator new(n);
void operator delete(void* p)
--_count; // 释放了节点个数--
return ::operator delete(p);
;
int ListNode::_count = 0;
struct ListNode* removeElements(struct ListNode* head, int val)
struct ListNode* prev = NULL, *cur = head;
while (cur)
if (cur->val == val)
// 1、头删
// 2、中间删除
prev->next = cur->next;
delete cur;
cur = prev->next;
else
// 迭代往后走
prev = cur;
cur = cur->next;
return head;
// 检测一下有没有ListNode的节点没有释放
int main()
ListNode* n1 = new ListNode(1);
ListNode* n2 = new ListNode(2);
ListNode* n3 = new ListNode(2);
ListNode* n4 = new ListNode(3);
ListNode* n5 = new ListNode(4);
ListNode* n6 = new ListNode(2);
n1->next = n2;
n2->next = n3;
n3->next = n4;
n4->next = n5;
n5->next = n6;
n6->next = nullptr;
ListNode* list = removeElements(n1, 2);
cout <<"没有释放节点数量：" <<ListNode::_count << endl;
return 0;
总结：
重载一个类ListNode，专属的operator new ，new ListNode 那么申请空间就会调用专属的operator new / operator delete
了解即可,这个语法，实际中价值也不大，很少用
new和delete的实现原理
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。
自定义类型
class Stack
public:
Stack(int capacity=4)
:_a(new int[capacity])
,_capacity(capacity)
,_size(0)
cout << "Stack(int capacity = 4)" << endl;
~Stack()
delete[] _a;
_capacity = _size = 0;
cout << "~Stack()" << endl;
private:
int* _a;
int _capacity;
int _size;
;
int main()
Stack st;
Stack* ps = new Stack;
delete ps;
return 0;
说明：
Stack st；首先是调用构造函数初始化st（其中在堆上为_a开辟sizeof(int) * _capacity大小的空间），其次等到要点用return 0；语句时再去调用析构函数完成对象的资源清理工作(释放_a在堆上的空间 等)，最后main函数结束时st对象销毁
Stack* ps = new Stack;首先是在堆上开辟一个Stack大小的空间（记作M），ps指向M，其次调用构造函数完成初始化（_a又在堆上开辟sizeof(int) * _capacity大小的空间，其首地址指向M中的_a）
delete ps;首先是调用Stack中的析构函数完成M对象的资源清理工作（释放_a在堆上的空间 等），其次释放ps所指向的空间（即M），最后最后main函数结束时st指针变量销毁
总结：
- new的原理
- 调用operator new函数申请空间
- 在申请的空间上执行构造函数，完成对象的构造
- delete的原理
- 在空间上执行析构函数，完成对象中资源的清理工作
- 调用operator delete函数释放对象的空间
- new T[N]的原理
- 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
- 在申请的空间上执行N次构造函数
- delete[]的原理
- 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
- 调用operator delete[]释放空间，实际在operator delete[]中调用operator delete来释放空间
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
使用格式：
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
使用场景：
定位new表达式在实际中一般是配合内存池使用。因为内存池分配出的内存没有初始化，所以如果是自定义类型的对象，需要使用new的定义表达式进行显示调构造函数进行初始化
#include<stdlib.h>
class A
public:
A(int data=0)
: _data(data)
cout << "Test():" << endl;
A(const A& a)
_data = a._data;
cout << "Test& (const Test& t)" << endl;
A& operator=(const A& a)
_data = a._data;
return *this;
~A()
cout << "~Test():" << endl;
private:
int _data;
;
void test()
// pt现在指向的只不过是与Test对象相同大小的一段空间，还不能算是一个对象，因为构造函数没有执行
A* pt = (A*)malloc(sizeof(A));
//显示对一片空间调用构造函数初始化
new(pt) A(1); // 注意：如果Test类的构造函数有参数时，此处需要传参
pt->~A(); //pt为指针（自定义类型）可以调用自己本身的析构函数
free(pt);
int main()
test();
return 0;
使用场景：
同样是复制一份a数组到另一块空间b，相比较而言使用定位new表达式可以直接拷贝构造（这里指定位new表达式将构造函数和赋值重载转变为拷贝构造），提高效率
常见面试题
malloc/free和new/delete的区别
malloc/free和new/delete的区别：
共同点：都是从堆上申请空间，并且需要用户手动释放。
不同点：
- 特点和用法：
- malloc和free是函数，new和delete是操作符
- 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，如果是多个对象，[]中指定对象个数即可
- 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
- 底层原理区别：
- 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。
- 处理错误方式：
- 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
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。
说明：
上面程序中存在内存泄漏，一次释放1G，但多次泄露，对我们系统也好像没有什么应响。一个进程正常结束后，会把映射的内存都是放掉，所以上面的程序，没有主动释放，但是进程结束也释放，那么内存泄漏好像也没有啥事，因为进程正常结束，都会释放， 但是不是这样的
内存泄漏的场景：
- 进程没有正常结束，僵尸进程，就可以存在一些资源没释放
- 长期运行的服务器程序，比如王者荣耀后台服务器，长期运行，只有升级的时候才会停内存泄漏会导致可用的内存越来越少，程序越来越慢，甚至挂掉——事故
- 物联网设备：扫地机器人、冰箱等等，内存很小，也会经不起内存泄漏折腾
注：
C++中我们需要主动释放内存
Java中不需要主动释放内存，Java后台中有垃圾回收器，接管内存释放
内存泄漏分类
C/C++程序中一般关心两种方面的内存泄漏：
- 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。
如何检测内存泄漏
- 在linux下内存泄漏检测：linux下几款内存泄漏检测工具
- 在windows下使用第三方工具：VLD工具说明
- 其他工具：内存泄漏工具比较
如何避免内存泄漏
- 工程前期良好的设计规范，养成良好的编码规范，申请的内存空间记着匹配的去释放。ps：这个理想状态。但是如果碰上异常时，就算注意释放了，还是可能会出问题。需要下一条智能指针来管理才有保证。
- 采用RAII思想或者智能指针来管理资源。
- 有些公司内部规范使用内部实现的私有内存管理库。这套库自带内存泄漏检测的功能选项。
- 出问题了使用内存泄漏工具检测。ps：不过很多工具都不够靠谱，或者收费昂贵。
总结一下:
内存泄漏非常常见，解决方案分为两种：
1、事前预防型。如智能指针等。
2、事后查错型。如泄漏检测工具。
如何一次在堆上申请4G的内存
// 将程序编译成x64的进程
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
void* p = new char[0xfffffffful];
//1024*1024*1024*4
cout << "new:" << p << endl;
return 0;
以上是关于C/C++内存管理的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章