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C++内存管理

C++内存管理

目录

1. C/C++内存分布

2. C++中动态内存管理

1.new/delete操作内置类型

2.new和delete操作自定义类型

3. operator new与operator delete函数

1 operator new与operator delete函数(重点)

4. new和delete的实现原理

1.内置类型

2.自定义类型

5. 定位new表达式(placement-new)

6. 常见面试题

1 malloc/free和new/delete的区别

2.内存泄漏


1. C/C++内存分布

我们先来看下面的一段代码和相关问题

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);
}
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__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__

 

2. C++中动态内存管理

C语言内存管理方式在C++中可以继续使用,但有些地方就无能为力,而且使用起来比较麻烦,因
此C++又提出了自己的内存管理方式:通过new和delete操作符进行动态内存管理

1.new/delete操作内置类型

void Test()
{// 动态申请一个int类型的空间int* p1 = new int;// 动态申请一个int类型的空间并初始化为10int* p2= new int(10);// 动态申请10个int类型的空间int* ptr3 = new int[3];
//释放空间delete p1;delete p2;delete[] p3;
}

 

2.newdelete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()
{A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));          //malloc失败返回NULLA* p2 = new A(1);      //new失败抛异常int *p3=new int[10] {1,2,3,4};free(p1);delete p2;delete [] p3;return 0;
}
 注意: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;new和delete,malloc和free,一定要匹配使用。

3. operator newoperator delete函数

1 operator newoperator 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
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与operator delete函数其实是malloc()和free()的封装函数,下面通过一段代码来具体分析
void *__CRTDECL operator new(size_t size) _THROW1(_STD bad_alloc)
{
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);
}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_FINALLYreturn;
}
/*
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. newdelete的实现原理

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。

2.自定义类型

new的原理
(1)先调用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[]中调用operator new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;
(3)该函数会多开4个四个字节,用来存放N,便于之后的delete[];
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;
(3)delete[]会自动取之前存储的N,以此来决定调用多少次析构函数;

5. 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。

6. 常见面试题

1 malloc/freenew/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;

2.内存泄漏

C/C++程序中一般我们关心两种方面的内存泄漏:

(1)堆内存泄漏(Heap leak)

堆内存指的是程序执行中依据须要分配通过malloc / calloc / realloc / new等从堆中分配的一 块内存,用完后必须通过调用相应的 free或者delete 删掉。假设程序的设计错误导致这部分内存没有被释放,那么以后这部分空间将无法再被使用,就会产生Heap Leak。

(2)系统资源泄漏

指程序使用系统分配的资源,比方套接字、文件描述符、管道等没有使用对应的函数释放
掉,导致系统资源的浪费,严重可导致系统效能减少,系统执行不稳定。

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