C++中的自定义内存管理
Posted dishengandziyu
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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++中的自定义内存管理相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
1，问题：
1，new 关键字创建出来的对象位于什么地方？
1，位于堆空间；
2，有没有可能位于其它地方？
1，有；
2，通过一些方式可以使动态创建的对象位于静态存储区；
3，这个存储区在程序结束后释放；
2，new/delete 被忽略的事实：
1，new/delete 的本质是 C++ 预定义的操作符；
1，new/delete 是关键字，但本质是预定义的操作符；
2，C++ 中操作符可以重载；
2，C++ 对这两个操作符做了严格的行为定义；
1，new：
1，获取足够大的内存空间（默认为堆空间）；
2，在获取的空间中调用构造函数创建对象；
2，delete：
1，调用析构函数销毁对象；
2，归还对象所占用的空间（默认为堆空间）；
3，在 C++ 中能够重载 new/delete 操作符：
1，全局重载（不推荐）；
1，实际工程开发中不建议这样做
2，局部重载（针对具体类型进行重载）；
1，针对具体的类重载；
3，重载 new/delete 的意义在于改变动态对象创建时的内存分配方式；
1，可以将创建的对象放到其它的内存空间里面去；
4，new/delete 的重载方式：
1，代码示例：
1 // static member function 2 void* operator new(unsinged int size) // 第一步获取内存，参数表示需要获取的内存大小； 3 { 4 void* ret = NULL; 5 6 /* ret point to allocated memory */ // 第二步在内存中调用构造函数创建对象； 7 8 return ret; 9 } 10 11 // static member function 12 void operator delete (void* p) // p 指针指向对应的对象地址，也就是要释放的地址； 13 { 14 /* free the memory which is pointed by p */ 15 }
2，通过函数来对这两个操作符进行重载；
3，一般针对具体类来重载，所以说 new/delete 的重载函数就是类的成员函数，并且这两个重载函数默认为静态成员函数，写不写 static 都是静态成员函数；
3，静态存储区中创建动态对象编程实验：
1 #include <iostream> 2 #include <string> 3 4 using namespace std; 5 6 class Test 7 { 8 static const unsigned int COUNT = 4; 9 10 static char c_buffer[]; // 本质是这里申请空间而下面只是标记使用而已； 11 static char c_map[]; 12 13 int m_value; 14 public: 15 void* operator new (unsigned int size) 16 { 17 void* ret = NULL; // 如果这片内存已经满了，返回空； 18 19 /* 查找在 c_buffer 里面那些位置是空闲的，可以用来创建 Test 对象 */ 20 for(int i=0; i<COUNT; i++) 21 { 22 if( !c_map[i] ) // 当前空间不可用了； 23 { 24 c_map[i] = 1; // 标记为不可用； 25 26 ret = c_buffer + i * sizeof(Test); // 查找 c_buffer 这片可用内存空间的首地址，并返回这片空间； 27 28 cout << "succeed to allocate memory: " << ret << endl; 29 30 break; 31 } 32 } 33 34 return ret; 35 } 36 37 void operator delete (void* p) 38 { 39 if( p != NULL ) // 空指针时候什么都不处理； 40 { 41 char* mem = reinterpret_cast<char*>(p); 42 int index = (mem - c_buffer) / sizeof(Test); // 得到要释放的动态对象在 c_map 中的位置； 43 int flag = (mem - c_buffer) % sizeof(Test); // 这些位置必须是固定的，如果 flag 不为 0，指针则不合法； 44 45 if( (flag == 0) && (0 <= index) && (index < COUNT) ) 46 { 47 c_map[index] = 0; // 释放这个地址，即标记这个地址可用； 48 49 cout << "succeed to free memory: " << p << endl; 50 } 51 } 52 } 53 }; 54 55 char Test::c_buffer[sizeof(Test) * Test::COUNT] = {0}; // 定义一块静态的内存空间，内存空间想要存储的是 Test 对象，最多存储 4 个 Test 对象； 56 char Test::c_map[Test::COUNT] = {0}; // 标记数组，用于标记在那些位置已经创建了对象，作用是标记； 57 58 int main(int argc, char *argv[]) 59 { 60 cout << "===== Test Single Object =====" << endl; 61 62 Test* pt = new Test; // 这里是在 c_buffer 里面的静态存储区当中的空间生成的； 63 64 delete pt; 65 66 cout << "===== Test Object Array =====" << endl; 67 68 Test* pa[5] = {0}; 69 70 for(int i=0; i<5; i++) 71 { 72 pa[i] = new Test; 73 74 cout << "pa[" << i << "] = " << pa[i] << endl; 75 } 76 77 for(int i=0; i<5; i++) 78 { 79 cout << "delete " << pa[i] << endl; 80 81 delete pa[i]; 82 } 83 84 return 0; 85 }
1，结论：
1，new/delete 关键字是可以重载的；
2，重载的意义是改变内存的分配方式，使得动态创建的对象不再位于堆空间里面；
3，这个实验位于自定义的静态存储区里面的 c_buffer 数组当中；
2，拓展：
1，工程中可以结合不同方法来应用 new/delete 特性；
2，将本实验的方法和二阶构造法结合在一起，我们就可以创建一个类，并且规定这个类最多产生多少个对象；
3，单例模式仅仅使得一个类只有一个对象存在，而这里的方法加上二阶构造就可以诞生 N 例模式；
4，问题：
1，如何在指定的地址上创建 C++ 对象？
1，我们已经掌握了在静态存储区里面创建对象，是否可以扩展下这个方法，在任意的地址上创建对象呢？
2，通过重载 new/delete 也许就可以在指定的地址上创建对象；
5，设计思路：
1，在类中重载 new/delete 操作符；
2，在 new 的操作符重载函数中返回指定的地址；
3，在 delete 操作符重载中标记对应的地址可用；
6，自定义动态对象的存储空间编程实验：
1 #include <iostream> 2 #include <string> 3 #include <cstdlib> 4 5 using namespace std; 6 7 class Test 8 { 9 static unsigned int c_count; // 动态实时做决定，所以这个地方就不能有常量； 10 static char* c_buffer; 11 static char* c_map; 12 13 int m_value; 14 public: 15 /* 动态指定想在什么类型上指定申请对象 */ 16 static bool SetMemorySource(char* memory, unsigned int size) 17 { 18 bool ret = false; // 返回值为 bool 类型，告诉函数调用者，当前动态空间设置是否成功； 19 20 c_count = size / sizeof(Test); // 计算传进来的空间可以创建多少对象； 21 22 ret = (c_count && (c_map = reinterpret_cast<char*>(calloc(c_count, sizeof(char))))); 23 24 if( ret ) // 空间至少为 1，且标记指针合法； 25 { 26 c_buffer = memory; // 将指定空间设置到 c_buffer 上； 27 } 28 else // 一切清零； 29 { 30 free(c_map); 31 32 c_map = NULL; 33 c_buffer = NULL; 34 c_count = 0; 35 } 36 37 return ret; 38 } 39 40 void* operator new (unsigned int size) 41 { 42 void* ret = NULL; 43 44 /* 有指定的一个具体空间，通过各种计算和验证，看下所指定的空间上面是否可以动态创建对象，标准是 c_count 大于 0，此时意味着通过 setMemorySource() 所指定的空间是可以创建 Test 对象的，则走 if 路径，否则的话，走 else 路径，通过 malloc() 函数得到一片空间； */ 45 if( c_count > 0 ) // 46 { 47 for(int i=0; i<c_count; i++) 48 { 49 if( !c_map[i] ) 50 { 51 c_map[i] = 1; 52 53 ret = c_buffer + i * sizeof(Test); 54 55 cout << "succeed to allocate memory: " << ret << endl; 56 57 break; 58 } 59 } 60 } 61 else 62 { 63 ret = malloc(size); // 没有指定具体的在那个空间上生成对象时，通过 malloc 来申请默认的堆空间； 64 } 65 66 return ret; 67 } 68 69 void operator delete (void* p) 70 { 71 if( p != NULL ) 72 { 73 if( c_count > 0 ) 74 { 75 char* mem = reinterpret_cast<char*>(p); 76 int index = (mem - c_buffer) / sizeof(Test); 77 int flag = (mem - c_buffer) % sizeof(Test); 78 79 if( (flag == 0) && (0 <= index) && (index < c_count) ) 80 { 81 c_map[index] = 0; 82 83 cout << "succeed to free memory: " << p << endl; 84 } 85 } 86 else 87 { 88 free(p); // 和上面对应 89 } 90 } 91 } 92 }; 93 94 unsigned int Test::c_count = 0; 95 char* Test::c_buffer = NULL; 96 char* Test::c_map = NULL; 97 98 int main(int argc, char *argv[]) 99 { 100 char buffer[12] = {0}; // 定义一片栈上空间，用于存放对象； 101 102 Test::SetMemorySource(buffer, sizeof(buffer)); 103 104 cout << "===== Test Single Object =====" << endl; 105 106 Test* pt = new Test; 107 108 delete pt; 109 110 cout << "===== Test Object Array =====" << endl; 111 112 Test* pa[5] = {0}; 113 114 for(int i=0; i<5; i++) // 只有 3 个对象的空间，则后两个对象指向为 NULL； 115 { 116 pa[i] = new Test; 117 118 cout << "pa[" << i << "] = " << pa[i] << endl; 119 } 120 121 for(int i=0; i<5; i++) 122 { 123 cout << "delete " << pa[i] << endl; 124 125 delete pa[i]; 126 } 127 128 return 0; 129 }
1，通过重载 new/delete，我们可以在任意指定的位置动态创建 C++ 对象；
7，new[]/delete[] 与 new/delete 完全不同：
1，动态对象数组创建通过 new[] 完成；
2，动态对象数组的销毁通过 delete[] 完成；
3，new[]/delete[] 能够被重载，进而改变内存管理方式；
1，这是两个新的操作符；
8，new[]/delete[] 的重载方式：
1，代码示例：
1 // static member function 2 void* operator new[] (unsigned int size) 3 { 4 rerurn malloc(size); 5 } 6 7 // static member function 8 void operator delete[] (void* p) 9 { 10 free(p); 11 }
2，通过类的静态成员函数来重载，不写 static，这两个成员函数在类中也是 静态的；
9，注意事项：
1，nwe[] 实际需要返回的内存空间可能比期望的要多；
1，需要额外的空间来保存数组的信息；
2，如数组长度信息，因为编译器要自动的为我们调用构造函数和析构函数，不保存长度信息，编译器不知道要调用多少次构造函数和析构函数；
2，对象数组占用的内存中需要保存数组信息；
3，数组信息用于确定构造函数和析构函数的调用次数；
10，动态数组的内存管理编程实验：
1 #include <iostream> 2 #include <string> 3 #include <cstdlib> 4 5 using namespace std; 6 7 class Test 8 { 9 int m_value; 10 public: 11 Test() 12 { 13 m_value = 0; 14 } 15 16 ~Test() 17 { 18 } 19 20 void* operator new (unsigned int size) 21 { 22 cout << "operator new: " << size << endl; 23 24 return malloc(size); 25 } 26 27 void operator delete (void* p) 28 { 29 cout << "operator delete: " << p << endl; 30 31 free(p); 32 } 33 34 void* operator new[] (unsigned int size) 35 { 36 cout << "operator new[]: " << size << endl; 37 38 return malloc(size); 39 } 40 41 void operator delete[] (void* p) 42 { 43 cout << "operator delete[]: " << p << endl; 44 45 free(p); 46 } 47 }; 48 49 int main(int argc, char *argv[]) 50 { 51 Test* pt = NULL; 52 53 pt = new Test; // operator new: 4； 54 55 delete pt; // operator delete: 0x8e5d008； 56 57 pt = new Test[5]; // operator new[]: 24；这里多了四个字节，用于保存数组的大小信息，因为编译器自动为我们自调用构造函数和析构函数； 58 59 delete[] pt; // operator delete[]: 0x8e5d018； 60 61 return 0; 62 }
1，new/delete 和 new[]/delete[] 是完全不同的；
2，通过重载的方式说明了它们的不同；
3，意味着在实际的工程里面，有可能在 new 中函数的内存分配方式和 delete[] 中函数内存分配方式是不一样的，因此必须成对使用，必须要匹配；
4，假设 new[] 动态创建数组是从栈上分配的空间，然后 delete 想要将空间归还到堆空间去，如果交叉使用，则意味着有可能把栈上的空间归还到堆空间上，程序会崩溃，所以要成对出现，不要交叉使用，因为它们 new/delete 和 new[]/delete[] 完全不同；
11，小结：
1，new/delete 的本质为操作符；
2，可以通过全局函数重载 new/delete（不推荐）；
3，可以针对具体的类重载new/delete；
4，new[]/delete[] 与 new/delete 完全不同；
以上是关于C++中的自定义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