内存管理（C++版）

news2024/9/20 1:22:47

C/C++内存分布

程序经过编译生成可执行的二进制程序，我们可以把虚拟进程地址分为以下四个空间：栈，堆，常量区，静态区。这四个区里面存贮的也是不一样的内容。

各个区域所存储内容的说明

栈/堆栈：用于建立函数栈帧，主要存储一些临时变量，如（非静态局部变量/函数参数/返回值等等），栈空间很小，在Linux中大概是8M。栈是向下增长的。
内存映射段：是高效的I/O映射方式，用于装载一个共享的动态内存库。用户可使用系统接口创建共享共享内存，做进程间通信。
堆：用于程序运行时动态内存分配，堆是可以上增长的。栈空间很大，在Linux中大概是以G为单位。
静态区/数据段：存储全局数据和静态数据。
常量区/代码段：可执行的代码/只读常量。

下面通过面试体案例进行讲解各部分所在的位置

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__

解析：

nums1是一个数组，存放在栈区，char2也是一个数组，它是在常量区有一串字符串，字符串拷贝到char2数组中，pChar3是一个指针，指针存的是常量字符串首元素的地址，这里*pChar3就是在常量里面了，ptr1开辟的是指向堆区的空间，因此*ptr指向的是堆区。

动态管理方式

C语言中malloc/calloc/realloc/frees用法

malloc：void * malloc (size_t size);

申请一块大小为 size 的内存空间，申请成功，返回指向这块空间起始位置的指针
新分配的内存块没有初始化，保留不确定的值
如果函数无法分配申请的内存块，会返回一个空指针（NULL)，因此 malloc 函数的返回值一定要检查
此函数只负责申请 size 大小的内存空间，并不知道未来会存放什么类型的数据，因此函数的返回值是 void*

calloc：void* calloc (size_t num, size_t size);

函数的功能是为 num 个大小为 size 的元素开辟一块空间，并且把空间的每个字节初始化为 0

realloc：void* realloc (void* ptr, size_t size);

函数的出现让动态内存管理更加灵活，能够合理的使用内存，对内存的大小做灵活的调整。realloc 函数就可以做到对动态开辟内存大小的调整

C++中使用的有new后面只有跟着申请的类型，在初始化的时候new 类型后面要加上（初始化的值），在申请多个的情况就是new 类型后面要加上[],申请多个并进行初始化的时候在[]后面加上{}初始化{}不赋值就是默认值，因此构造函数一点要有一个默认值以便使用。delete删除时用delete+删除的变量名就行，删除多个时候就是delete 变量名+[]。

void Test()

{

        // 动态申请一个int类型的空间

        int* ptr4 = new int;

        // 动态申请一个int类型的空间并初始化为10

        int* ptr5 = new int(10);

         // 动态申请3个int类型的空间

        int* ptr6 = new int[3];



         // 动态申请3个int类型的空间并进行初始化

        int* ptr6 = new int[3]{1,2,3};

        delete ptr4;

        delete ptr5;

        delete[] ptr6;

}

C++中new delete相对与malloc free的优点

C++中的new不仅具可以开辟空间，还会进行函数的构造，delete相对与free不仅可以释放空间还会调用析构函数。

C++中new delete的用法

class A
{
public:
 A(int a = 1)
 : _a(a)
 {
 cout << "A():" << this << endl;
 }
 ~A()
 {
 cout << "~A():" << this << endl;
 }
private:。
 int _a;
};
int main()
{
 
 A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));
 A* p2 = new A(1);
 free(p1);
 delete p2;

 int* p3 = (int*)malloc(sizeof(int)); 
 int* p4 = new int;

 free(p3);
 delete p4;

 A* p5 = (A*)malloc(sizeof(A)*10);
//前三个初始化1，2，3后面的就是默认值
 A* p6 = new A[10]{1,2,3};

 free(p5);
 delete[] p6;

 return 0;
}

new与delete的底层原理

operator new与operator delete是库函数，不是函数的重载。operator new是对malloc的封装而operator delete是对free_dbg函数的封装（这里可以理解为是对free函数的封装）。new和delete关键字是对operator new与operator delete的调用。

下图是通过反汇编来更好的理解new的底层：