【C++】--内存管理

news2024/12/26 21:19:35

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1 C/C++内存分布
2 C语言中动态内存管理方式：
3 C++内存管理方式
- 3.1 new/delete操作内置类型
- 3.2 new和delete操作自定义类型
4 operator new与operator delete
- 4.1 operator new与operator delete函数
5 new和delete的实现原理
- 5.1 内置类型
- 5.2 自定义类型
6 malloc/free和new/delete的区别

1 C/C++内存分布

在这里插入图片描述
在C/C++程序中，内存通常分为以下几个区域：

1 代码段：

用于存放程序的机器指令，即编译后的代码。代码段是只读的，防止程序在运行时修改自身指令。

2 数据段：

包含已经初始化的全局变量和静态变量，这些变量在程序运行期间一直存在
分为两个区一个是.data区域用于存放已经初始化的全局变量和静态变量，另一个是.bss区域，用于存放未初始化的全局变量和静态变量并将它们初始化为0.

3 堆区：

用于动态内存分配，程序运行时可以通过malloc、calloc、new来分配内存，使用free、delete来释放内存
堆的内存管理有程序员手动执行，管理不当容易造成内存泄漏。

4 栈区：

用于存放函数调用时的临时数据，局部变量，返回地址和函数参数等
栈的内存都是自动分配和释放的，随着函数的进入和退出，局部变量会自动分配释放。
5 内存映射段：
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内存，做进程间通信。

2 C语言中动态内存管理方式：

void Test02()
{
	int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int) * 2);
	int* p2 = (int*)realloc(p1, 4);
	int* p3 = (int*)calloc(4, sizeof(int));
}

3 C++内存管理方式

3.1 new/delete操作内置类型

void Test03()
{
	//动态申请一个int类型的空间
	int* p1 = new int;

	//动态申请一个int类型的空间，初始化为10
	int* p2 = new int(10);

	//动态申请10个int类型的空间
	int* p3 = new int[10];

	delete p1;
	delete p2;
	delete[] p3;
}

申请和释放一块空间使用new和delete，申请和释放一段连续的空间就需要使用new[]和delete[]搭配使用

3.2 new和delete操作自定义类型

int main()
{
	//new/delete 和 malloc/free的最大的区别就是new/delete会自动调用自定义类型的构造函数和析构函数
	A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));
	A* p2 = new A(1);

	free(p1);
	p1 = nullptr;
	delete p2;
	return 0;
}

运行结果：
在这里插入图片描述
我们可以看到new和delete自动调用了A类型的构造函数和析构函数。

4 operator new与operator delete

4.1 operator new与operator delete函数

new和delete是用户进行动态申请的操作符，operator new与operator delete是系统提供的全局函数，new在底层通过调用operator new来动态分配空间，delete在底层通过调用operator delete来动态分配空间，

/*
 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)

5 new和delete的实现原理

5.1 内置类型

如果申请的空间是一个空间那么new和delete以及malloc和free基本上没有区别，不同的地方是new/delete分配和释放的是单个元素的空间，而new[]和delete[]分配和释放的是一段连续的空间，如果new的时候失败了会抛异常，malloc失败了会返回NULL。

5.2 自定义类型

new的原理

1 调用operator new函数申请空间
2 在申请的空间上调用构造函数，完成对象的构造
delete的原理
1 在空间上执行析构函数，完成对象中的资源清理工作
2 调用operator delete 函数释放对象的空间
new[]的原理
1 调用operator new[]函数，在operator new[]函数中调用N次operator new函数来完成对象空间的申请。
2 在申请的空间上调用N次构造函数
delete[]的原理
1 在空间上执行N次析构函数，完成N个对象中的资源清理工作
2 调用operator delete[]函数释放空间，实际在operator delete[]中调用N次operator delete函数来释放空间