【C++】5.C语言/C++内存管理

news2025/1/17 15:33:06

一、C/C++内存分布

栈中存储的是局部变量，函数参数，返回值等

堆主要用于动态内存分配

数据段用以存储全局数据和静态数据

代码段存储可执行代码和常量

二、C语言和C++中的内存管理方式

在C语言中，我们使用 malloc、calloc、realloc、free来进行动态内存管理。而在C++中这些方法仍可以继续使用，但是在面对自定义类型对象的创建时显得无能为力了，因此C++引入了new和delete操作符

2.1、内置类型的内存管理

int main()
{
	int* a = new int;//创建整型变量a
	delete a;
	int* b = new int(5);//创建整型变量b，并初始化为5
	delete b;
	int* arr = new int[10] {0,1,2};//创建整型数组，并将其初始化
	delete[] arr;	
	return 0;
}

2.2、自定义类型的内存管理

在内置类型中，C语言的malloc和free与C++中的new和delete使用起来差别并不大。但是在自定义类型中，new和delete就很重要了。原因就在于，在自定义类型中，new和delete可以分别调用构造函数和析构函数来对对象完成初始化和资源清理。

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;
}

三、operator new与operator delete函数

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。

具体的源码如下

/*
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)

可以了解到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。

总之，我们要严格使用并配对。