【C++】 内存管理

目录

1. C/C++内存分布

2. C语言中动态内存管理方式

3. C++内存管理方式

3.1 new/delete操作内置类型

3.2 new和delete操作自定义类型 

4.new和delete的实现原理

4.1 内置类型

4.2 自定义类型

5. malloc/free与new/delete的区别

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1. C/C++内存分布

        C/C++程序内存区域划分大致分为：内核空间（用户代码不能读写）、栈、内存映射段、堆、静态区（数据段存全局变量和静态变量）、常量区（代码段）等。

• 栈又叫堆栈--非晶态局部变量/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。用户可以使用系统接口创建共享共享内存，做进程间通讯。
• 堆用于程序运行时动态内存分配，堆是可以向上增长的。
• 静态区（数据段）存储全局数据和静态数据
• 常量区（代码段）存储可执行的代码/只读常量。

我们看一段代码和存储位置的相关问题。

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);
}

问题：

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？____ 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？____
        大家可以做一下。

        理解数据的存储位置，这道题就不难做。

        全局变量和静态变量存储在静态区，所以globalVar和staticGlobalVar以及staticVar在静态区（数据段）。

        在{ }内的，且未被static修饰的变量全部为局部变量存在栈区，所以 localVar、num1、char2、pChar3、ptr1在栈区。

        常量字符串“abcd”是在常量区（代码段），但是char char2[] = "abcd";是将“abcd”赋值给char2[],所以*char2也在栈区，而**pChar3则是去代码段去找“abcd”所以**pChar3是在常量区（代码段）。

        而动态开辟的空间都是在堆区，所以*ptr1在堆区。

2. C语言中动态内存管理方式

        C语言中动态内存管理是用malloc、calloc、realloc、free函数。

        malloc函数是向内存申请一块空间，不进行初始化，而calloc函数也是向内存申请一块空间，与malloc函数不同的是calloc函数会对刚申请的空间初始化为0。realloc函数是对空间的大小进行调整以满足开好的空间但是不够用的情况，realloc函数调整内存空间存在两种情况：1 当原有空间之后空间的大小足够时，realloc函数会在原来的基础上增加容量，原来的空间数不发生变化。2是原来空间之后的空间大小不够，这是realloc函数会重新找一块足够大的空间，将之前空间的数据进行拷贝，并且释放之前的空间。

  详细的C语言中动态内存管理请看博客：【C语言进阶】动态内存管理_gwPersevere的博客-CSDN博客

3. C++内存管理方式

        因为C++兼容C语言的语法，所以C语言中内存管理的方式在C++中也可以使用，但在有些地方使用起来比较麻烦。因此C++又提出了自己的内存管理方式：通过new和delete操作符（注意是操作符不是函数）进行动态内存管理。

3.1 new/delete操作内置类型

1. 动态申请一个int类型的空间

int* ptr = new int;

2.动态申请一个int类型的空间并初始化为10

int* ptr = new int(10);

3. 动态申请10个int类型的空间

int* ptr = new int[10];

4. 释放空间，注意用new[]开辟的就要用delete[]释放

//对于1 和 2
delete ptr;
//对于3
delete[] ptr;

3.2 new和delete操作自定义类型 

 代码：

#include
using namespace std;
	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);//功能：1.在堆上申请空间；2.调用构造函数进行初始化
		free(p1);
		delete p2; //功能：1.调用析构函数清理对象中的资源；2.释放空间
		// 内置类型内存的管理几乎是一样的
		int* p3 = (int*)malloc(sizeof(int)); 
		int* p4 = new int;
		free(p3);
		delete p4;
		A* p5 = (A*)malloc(sizeof(A) * 10);
		A* p6 = new A[10];//这里进行申请10次，所以调用10构造
		free(p5);
		delete[] p6;//调用10次析构
		return 0;
	}

        在处理内置类型是malloc/free与new/delete没有多大的区别，但是在处理自定义类型是区别很大，new会调用构造函数，delete会调用析构函数，而malloc/free不会。可以说new/delete是为自定义类型准备的。另外一点malloc在开辟失败时会返回NULL，new在开辟失败时会抛出异常。

4.new和delete的实现原理

4.1 内置类型

       如果申请内置类型空间，malloc和new，free和delete基本相似，不同的地方在于：new/delete申请和释放的是单个元素的空间，new[] delete[]申请的是连续空间，并且malloc在开辟失败时会返回NULL，new在开辟失败时会抛出异常。

4.2 自定义类型

        1. new的原理

        1）调用operator new函数（底层是malloc）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。

        2.delete的原理

        1）在执行是先调用析构函数，完成对象中资源的清理工作；

        2）调用operator delete函数（底层是free函数）释放对象空间

        3. new[]的原理

        1）调用operator new[]函数，在operator new[]中实际调用operator new函数完成对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。

        4.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[]函数释放空间，实际在operator delete[]中调用operator delete来释放空间。

5. malloc/free与new/delete的区别

        malloc/free与new/delete的共同点是：都是从堆上申请空间，并且需要用户手动释放，不同点是：

• malloc和free是函数，而new和delete是操作符；
• malloc申请的空间不会初始化，new可以初始化；
• malloc申请空间时，需要手动的计算空间大小并给malloc，new只需在其后面跟上空间的类型即可，如果是多个对象[] 中指定对象大小即可；
• malloc返回的是void*， 在使用时必须强转，new不需要，因为new后面跟的是空间的类型；
• malloc申请空间失败时，返回NULL ，因此使用前必须判断是否为空；而new申请失败时，会抛出异常，需要捕获异常。
• 申请自定义类型对象时，malloc/free只会开辟和释放空间，不会调用构造函数和析构函数，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。

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本篇博客就到这里了，以上如有错误恳请大佬指正呀，感激不尽！！！