C++内存管理详解

大家好，这里是bang_bang，今天来分享下内存管理的知识。

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目录

1.C/C++内存分布

2.C++内存管理方式

  2.1new/delete操作内置类型

  2.2new/delete操作自定义类型

3.operator new与operator delete函数

  3.1operator new

  3.2operator delete

4.new和delete的实现原理

  4.1内置类型

  4.2自定义类型

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1.C/C++内存分布

        首先我们要想了解内存管理，就要了解内存划分的区域都是什么。

内存划分5个区域：代码区，常量区，静态区，堆区，栈区。

        这里推荐一个大佬的文章：https://blog.csdn.net/u014470361/article/details/79297601

 来我们来举个：

分析下各变量存储位置。

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";
	const 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);
}

选项: A.栈  B.堆  C.数据段(静态区)  D.代码段(常量区)

  globalVar在哪里？____   staticGlobalVar在哪里？____

  staticVar在哪里？____   localVar在哪里？____

  num1 在哪里？____

  char2在哪里？____   *char2在哪里？___

  pChar3在哪里？____      *pChar3在哪里？____

  ptr1在哪里？____        *ptr1在哪里？____

  答案：

  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？__A_

  pChar3在哪里？__A__   *pChar3在哪里？__D__

  ptr1在哪里？__A__    *ptr1在哪里？__B__

 

静态变量在静态区，临时变量在栈区。
malloc,realloc,calloc开辟的在堆区。
char2是一个字符数组，在栈区开辟了一个新空间，将常量字符串的内容拷贝过来初始化这块空间，
所以*char2也是在栈区。
pchar3是一个指向常量字符串的指针，解引用*pchar3是常量字符串在常量区。

说明：

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， 堆是上增长的 。

4. 数据段--存储全局数据和静态数据。

5. 代码段--可执行的代码/只读常量。

 这里留下一个面试题，大家可以思考思考，查阅相关内容。

 malloc/calloc/realloc的区别？

2.C++内存管理方式

        C++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。

  2.1new/delete操作内置类型

void Test2()
{
	//动态申请1个int类型的空间
	int* ptr1 = new int();
	//动态申请1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[10];

	delete ptr1;
	delete ptr2;
	//匹配[],释放10个空间
	delete[] ptr3;
}

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[ ]。注意：匹配起来使用。

  2.2new/delete操作自定义类型

new/delete 和 malloc/free最大区别是 new/delete对于[自定义类型]除了开空间还会调用构造函数和析构函数。

class A
{
public:
	A(int a = 0)
		: _a(a)
	{
		cout << "A():" << this << endl;
			
	}
	~A()
	{
		cout << "~A():" << this << endl;
	}
private:
	int _a;
};
int main()
{
	// new/delete 和 malloc/free最大区别是 new/delete对于[自定义类型]除了开空间还会调用构造函数和析构函数
	A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));
	A* p2 = new A(1);
	free(p1);
	delete p2;
	return 0;
}

 运行可以看到，构造函数和析构函数被new和delete调用了。

2.1中我们强调要[ ]匹配，我们举2个习题来看看：

 

以下代码中，A 的构造函数和析构函数分别执行了几次：    ( )  

A*pa=new A[10];

delete []pa;

答案：10，10

以下代码中，A 的构造函数和析构函数分别执行了几次：    ( )  

A*pa=new A[10];

delete pa;

答案：10，1

3.operator new与operator delete函数

  3.1operator new

/*
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，如果该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);
}

  3.2operator delete

/*
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！！
	_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)

        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。

4.new和delete的实现原理

  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 。

  4.2自定义类型

• new的原理

1. 调用operator new函数申请空间.

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.

 今天的分享就到这里，希望大家能有所收获。