Lesson05--C/C++内存管理

1. C/C++内存分布
2. C语言中动态内存管理方式
3. C++中动态内存管理
4. operator new与operator delete函数
5. new和delete的实现原理
6. 定位new表达式(placement-new)
7. 常见面试题

1. C/C++内存分布

为了方便管理内存被分为了以上的区域

我们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？__（1）__ staticGlobalVar在哪里？__（2）__
staticVar在哪里？__（3）__ localVar在哪里？__（4）__
num1 在哪里？__（5）__

1.C：全局变量都在静态区

2.C:

3.C：用static修饰的局部变量也在静态区

4.A:局部变量都在栈上

5.A

char2 在哪里？ ____ * char2 在哪里？ ___

pChar3 在哪里？ ____ * pChar3 在哪里？ ____

ptr1在哪里？____ *ptr1在哪里？____

1. A：char2还是一个数组它就在栈上

2.A：*char2，数组名解引用结果是数组的第一个，所以还是在栈上

3.A：pchar3是一个指针类型所以也是在栈上

4.D：pChar它解引用是"abcd"，通过解引用以后也无法对原来的数据进行修改，"abcd"本质就是代码段

5.A：也是一个指针类型，所以在栈上

6.B:malloc的都是在堆上

2. 填空题：

sizeof ( num1 ) = ____ ;

sizeof ( char2 ) = ____ ; strlen ( char2 ) = ____ ;

sizeof ( pChar3 ) = ____ ; strlen ( pChar3 ) = ____ ;

sizeof ( ptr1 ) = ____ ;

sizeof(num1) = 40

sizeof数组名是整个数组的大小

sizeof(char2) =5

四个字符以外还有'\0'，也是一个字符

strlen(char2)=4

sizeof(pChar3) = 8，32位下就是4，这里是一个指针的大小

strlen(pChar3) = 4

sizeof(ptr1) = 4

3. sizeof 和 strlen 区别？

sizeof 用于获取类型或对象的内存大小，包括字符串结束符。
strlen 用于获取字符串的实际字符长度，不包括结束符。

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

void Test ()
{
int* p1 = (int*) malloc(sizeof(int));
free(p1);
// 1.malloc/calloc/realloc的区别是什么？
int* p2 = (int*)calloc(4, sizeof (int));
int* p3 = (int*)realloc(p2, sizeof(int)*10);
// 这里需要free(p2)吗？
free(p3 );
}

【面试题】

1. malloc/calloc/realloc 的区别？

malloc不会初始化

calloc会初始化成0

2. malloc的实现原理？

【CTF】GLibc堆利用入门-机制介绍_哔哩哔哩_bilibili

3. C++内存管理方式

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 。

3.1 new/delete操作内置类型

int main()
{
	int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int));
	int* p2 = new int;

	free(p1);
	delete p2;
}

这俩种写法是等价的

int main()
{
	int* p1 = new int;
	int* p2 = new int[10];

	delete p1;
	delete[] p2;

}

多个的这样写就行

还可以进行初始化

单个的用（）括号进行初始化，多个的用{}用来初始化，没有初始化的部分全部初始化成0

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,int b=0)
	{
		_a = a;
		_b = b;
	}

private:
	int _a;
	int _b;
};

int main()
{
	A* p1 = new A;
	A* p2 = (A*)malloc(sizeof(A));
}

可以看见一个会掉构造函数一个不会

甚至new的还可以用初始化列表的初始化方法来初始化

类的成员变量都是私有的那么在想去初始化就不行了

创建多个的话每一个都会调用构造函数和析构函数

多参数用{}就可以了

// 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

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。

4. 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。

底层代码看不懂也没事

/*
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)

new是操作符，malloc是函数，new底层其实就是封装malloc，new会调用构造函数，会抛出异常

5. 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

通过汇编可以看到这里用了44字节的内存，10个整形应该是40字节啊，多的4的字节拿去干嘛了？

多的4的字节拿来保存10了，这里是为了析构函数

delete[]里面就是缺省的上面的10，这里就会调用10次析构函数

改变参数，可以发现这里跟着改变了

delete[]向前偏移数，这里多的4的字节就是对象个数，方便delete去，知道有多少个对象去调用析构函数

这里可以得出一个结论，malloc就和free配套使用，new就和delete使用，要不然可能会有各种各样的问题

6. 定位new表达式(placement-new) （了解）

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;
}

7. 常见面试题

7.1 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