C++程序设计——动态内存管理

news2024/9/21 8:00:28

一、C/C++内存分布

1.栈（堆栈）

存储非静态局部变量、函数参数、返回值等等，栈是向下增长。

2.内存映射段

是高效的I/O映射方式，用于转载一个共享的动态内存库。用户可使用系统接口创建共享内存，做进程间通信。

3.堆

用于程序运行时动态内层分配，堆是向上增长。

4.数据段

存储全局数据和静态数据。

5.代码段

存储可执行的代码、只读常量。

二、C++内存管理

1.new/delete

C语言内存管理方式在C++中也可以使用，但是在某些情况下就不太方便使用或使用起来比较麻烦，因此C++提供了自己的内存管理方式：通过new和delete操作符来进行动态内存管理。

注意：

（1）new和delete不是函数，是C++提供的关键字。

（2）new是申请空间，默认是在堆上申请。

（3）delete是释放空间，

2.new/delete操作内置类型

3.new/delete操作自定义类型

注意：

malloc(size)：

只是从堆上申请size个字节的空间，并不会对空间中的内容进行初始化，即不会调用构造函数。

free(p)：

只是将p所指向的堆空间释放，并不会调用析构函数对空间中的内容进行清理，即不会调用析构函数。

new：

除了会申请空间外，还会调用构造函数对空间中的内容进行初始化。

delete：

除了会释放对象空间外，还会调用析构函数对空间中的资源进行清理。

三、new和delete的实现原理

1.内置类型

对于内置类型，new和malloc，delete和free基本类似。不同的是，new和delete针对的是单个元素的空间，new[]和delete[]针对的是连续空间；new在申请空间失败时会抛异常，而malloc会返回NULL。

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。

（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，在operator delete[]中实际调用operator delete来释放空间。

四、operator new和operator delete函数

1.概念

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。

2.函数实现

operator new：

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
			// throw a bad_alloc exception
			static const std::bad_alloc nomem;
			_RAISE(nomem);
		}
	return (p);
}

operator delete：

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;
}

注意：

通过这两个全局函数的实现可以看出，operator new实际也是通过malloc来申请空间，若申请成功则直接返回，否则执行用户提供的空间不足对应措施，如果用户提供了对应措施则继续申请，否则就抛异常。

operator delete最终也是通过free来释放空间。