C++内存管理

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文章目录

• 一、C/C++内存分布
• 二、C语言中动态内存管理方式
• 三.C++中动态内存管理
• 四.operator new与operator delete函数
• 五.new和delete的实现原理
• 六.定位new表达式(placement-new)
• 七.常见面试题

一.C/C++内存分布 

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);
}
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？____

2. 填空题：
sizeof(num1) = ____;
sizeof(char2) = ____; strlen(char2) = ____;
sizeof(pChar3) = ____; strlen(pChar3) = ____;
sizeof(ptr1) = ____;
3. sizeof 和 strlen 区别？

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？__C__  staticGlobalVar在哪里？__C__

  staticVar在哪里？__C__  localVar在哪里？__A__

  num1 在哪里？__A__

  分析:

  globalVar全局变量在数据段 staticGlobalVar静态全局变量在静态区

  staticVar静态局部变量在静态区  localVar局部变量在栈区

  num1局部变量在栈区

  

  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__

  分析:

  char2局部变量在栈区  

char2是一个数组，把后面常量串拷贝过来到数组中，数组在栈上，所以*char2在栈上

  pChar3局部变量在栈区   *pChar3得到的是字符串常量字符在代码段

  ptr1局部变量在栈区     *ptr1得到的是动态申请空间的数据在堆区

2. 填空题：

  sizeof(num1) = __40__;//数组大小,10个整形数据一共40字节

  sizeof(char2) = __5__;//包括\0的空间

  strlen(char2) = __4__;//不包括\0的长度

  sizeof(pChar3) = __4__;//pChar3为指针

  strlen(pChar3) = __4__;//字符串“abcd”的长度，不包括\0的长度

  sizeof(ptr1) = __4__;//ptr1是指针

二. C语言中动态内存管理方式：malloc/calloc/realloc/free  

这部分的详细介绍请查看以前的博客：CSDN

三.C++内存管理方式

3.1 new/delete操作内置类型

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10
int* ptr5 = new int(10);
// 动态申请10个int类型的空间
int* ptr6 = new int[10];
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[] ， 注意：匹配起来使用。

3.2 new和delete操作自定义类型 

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;
// 内置类型是几乎是一样的
int* p3 = (int*)malloc(sizeof(int)); // C
int* p4 = new int;
free(p3);
delete p4;
A* p5 = (A*)malloc(sizeof(A)*10);
A* p6 = new A[10];
free(p5);
delete[] p6;
return 0;
}

注意：在申 请自定义类型的空间时，new会调用构造函数，delete会调用析构函数，而malloc与free不会。

四. operator new与operator delete函数（重要点进行讲解）  

4.1 operator new与operator delete函数（重点）

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)

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 。

五. new和delete的实现原理

5.1 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。

5.2 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

六. 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。

class A
{
public:
A(int a = 0)
: _a(a)
{
cout << "A():" << this << endl;
}
~A()
{
cout << "~A():" << this << endl;
}
private:
int _a;
};
// 定位new/replacement new
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));
new(p1)A; // 注意：如果A类的构造函数有参数时，此处需要传参
p1->~A();
free(p1);
A* p2 = (A*)operator new(sizeof(A));
new(p2)A(10);
p2->~A();
operator delete(p2);
return 0;
}

七.malloc/free和new/delete的区别

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 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。