C++---内存管理

news2024/9/20 20:50:57

1 C/C++内存分布

栈区：由编译器自动分配和释放，存放运行时候的局部变量，函数参数，返回数据，返回地址。

堆区：一般由程序员自己分配，然后自己释放，例如栈的实现malloc开辟的数组空间。

数据段（静态区）：存放全局变量，静态数据，常量，程序结束后自动释放。

代码段（常量区）：存放常量字符串和可执行代码，程序结束自动释放。

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

malloc:开辟空间，不初始化 (int*)malloc(sizeof(int)):开辟一个int大小的空间。

calloc:开辟空间并把每个字节初始化为0。(int*)calloc(4,sizeof(int)):开辟4个int大小的空间。

realloc（用于扩容）:在内存找一段连续大小的空间，将传入的指针指向的内存内的字节全部拷贝过来，然后释放原指针空间，再把新大小的空间指针返回。(int*)realloc(_ptr,sizeof(int)*10)。

free:释放一段连续空间。free(_ptr)，释放完之和_ptr为野指针，一般需要_ptr=NULL。

3 C++内存管理实现

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。

在对内置类型开辟空间时new和malloc实质上是没什么区别的，但在对自定义类对象进行空间开辟时候，new和malloc的区别在于malloc只负责开辟空间不会进行初始化，而new开辟空间的同时会调用自定义类内的构造函数进行初始化。

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。

new/delete和malloc/free最大的区别在于，new/delete开辟空间会调用构造函数，结束会调用析构函数。而malloc/free不会。

operator new与operator delete

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。

说白了operator new就是new子过程，new就等价于operator new之和在调用构造函数。而operator new在程序设计上又是由malloc为基础，区别于malloc的就是malloc申请空间失败之和返回值是0。而operator new申请空间失败后是直接抛异常。