先看看这段代码,其中的变量都存储在哪里呢
- 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);
- }
我们都知道static修饰的变量和全局变量在静态区(数据段),常量字符串存储在常量区。动态内存开辟的空间在堆上,其他的大部分都在栈上,下面看看这题的答案
让我们看看C/C++程序中内存的划分:
总结:
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,堆是可以上增长的。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
C语言中的动态内存管理方式在C语言中已经详细的介绍,这里以例子来回顾
最后这里再谈谈动态内存开辟三种方式的区别
1. malloc/calloc/realloc的区别?
malloc是开辟空间,但是没有初始化,而calloc完成了初始化,realloc就是在原来开辟的空间的基础上,再扩大空间。
刚刚看到new和delete对于内置类型,其实它的效果和C语言中的malloc和free是差不多的,C++设计new和delete的用意就是在自定义类型:
class A { public: A(int a = 1) { cout << "A()" << endl; } ~A() { cout << "~A()" << endl; } private: int _a; }; void Test() { A* p1 = (A*)malloc(10 * sizeof(A)); A* p2 = new A[10]; free(p1); delete[]p2; } int main() { Test(); return 0; }看看结果:
我们会发现new和delete对自定义类型,会自动调用构造和析构函数,这样就比较方便了。
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。其中operator new的底层居然部分也是malloc,看看下面这段库里的实现:
- 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);
- }
不难发现C++的处理方式和C语言不同在与对异常的处理,C语言如果申请空间错误,是会返回空指针,而C++就会抛异常。operator delete 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;
- }
- #define free(p) _free_dbg(p, _NORMAL_BLOCK)
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 。
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
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。
- class A
- {
- public:
- A(int a = 0)
- : _a(a)
- {
- cout << "A():" << this << endl;
- }
- ~A()
- {
- cout << "~A():" << this << endl;
- }
- private:
- int _a;
- };
-
- int main()
- {
- // p1现在指向的只不过是与A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* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));
- if (p1 == nullptr)
- {
- perror("malloc fail");
- exit(-1);
- }
- new(p1)A(1);//构造函数
- p1->~A();//调用析构函数
- free(p1);
- //这里使用delete也是一样的,因为delete就是完成析构的同时释放空间
- //delete(p1);
- return 0;
- }
我们看看结果:
下面是delete的结果:
但是我们可能会想问为什么要这么麻烦,直接使用new和delete不是很方便吗?
这里就要提到计算机的池化技术,这是为了提高效率,如果我们随意的使用计算机内存,那么空间利用就会很零散,利用定位new就可以提前开辟好空间,这样可以方便管理,提高计算机的效率。
malloc/free 和 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。不同的地方是: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(主要针对自定义类型)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如果是多个对象,[]中指定对象个数即可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
7.2.1 什么是内存泄漏,内存泄漏的危害
内存泄露是指针丢了导致的,实际物理内存并没有消失。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。所以我们在申请空间的时候一定要记得释放,因为以后到我们工作的时候机器可能一直都是在工作的,所以操作系统不会走出main函数,操作系统自然也不会回收。