文章目录
- 1.C/C++内存分布回顾
- 2.C++内存管理
- 2.1 内存申请
- 2.2 operator new与operator delete函数
- 2.3 定位new表达式
- 3.关于内存管理的常见知识点
- 3.1 malloc/free和new/delete的区别
- 3.2 内存泄漏
- 希望读者们多多三连支持
- 小编会继续更新
- 你们的鼓励就是我前进的动力！
继C语言初步学习了内存动态管理，本篇将继续学习C++部分更深入底层逻辑的内存管理
1.C/C++内存分布回顾
程序中需要存储的数据：局部数据、静态数据和全局数据、常量数据、动态申请数据
常量和可变常量的区别
经常很多人以为加了const的变量就是常量，但其实不是的，这叫
可变常量，例如const int* ptr，其实还是可以修改的，它可以指向不同的常量整数，但不能通过该指针修改所指向的值。
🔥检查类型存储位置的小tips：
看地址存放是否相近，相近则存放在同一区域，相差巨大则存放在不同区域
2.C++内存管理
我们直到在堆上动态开辟空间需要使用malloc，realloc等函数，不仅要保证前后类型一致，还要断言空指针，感觉还是太麻烦了，所以在C++使用了更简洁方便的动态开辟函数
2.1 内存申请
通过new和delete操作符进行动态内存管理
🚩动态申请1个int类型的空间
//C
int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int));
free(p1);
//C++
int* p2 = new int;
delete p2;
🚩动态申请存储10个int类型的数组
//C
int* p3 = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);
free(p3);
//C++
int* p4 = new int[10];
delete[] p4;
🚩动态申请存储1个int类型的空间并初始化为10
int* p5 = new int(10);
delete p5;
🚩动态申请数组并初始化多个元素
int* p6 = new int[10] {1,2,3};
delete[] p6;
🚩访问开辟的数组元素
int* p4 = new int[10];
cout << p4[0] << endl;
delete[] p4;
对于指针 p4，p4[i] 实际上等价于 *(p4 + i)。也就是说，p4[0] 表示访问 p4 所指向的内存位置（即数组的第一个元素）的值
那么new和delete存在的意义是什么？
在C语言中，malloc只完成了纯粹的开空间操作，虽然calloc也能对空间初始化，但是只能将所有元素初始化
在C++中，new能够初始化部分元素，比如在链表里能够调用构造函数来完成初始化操作，省去了写BuyNewnode函数的麻烦。delete相对于free会进行严格的类型检查，确保释放的是new开辟的空间，而且会调用析构函数
🔥值得注意的是：
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[]，注意要匹配起来使用
2.2 operator new与operator delete函数
我们知道malloc是开空间，new是通过开空间+构造函数实现的，那么new的开空间可以直接调用malloc吗，答案是不可以的
首先我们要知道面向对象开空间失败喜欢抛异常而不是返回nullptr
🚩malloc开无限大空间
malloc开空间没有显示任何错误难以发现
🚩new开无限大空间
new开空间会在开空间失败后抛出异常，用try...catch...捕获异常显示具体错误
/*
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);
}
所以根据operator new的底层代码，new的开空间错误是要抛异常的，不能直接调用，而是new先调用operator new，然后operator new再调用malloc开空间。实际上malloc是被封装在了operator new里面的
对自定义类型进行操作时，调试状态下转到反汇编可以发现有两条call指令，一条调用operator new，一条调用构造函数，也能证实我们上面的说法，operator delete也是同理
那么又延伸出另一个问题，operator new和operator delete的调用顺序是怎么样的？
假设类Stack需要开辟动态数组_arry，容量_capacity，大小_size
Stack* p1 = new Stack;
delete p1;
p1作为指针变量存放地址，在栈上存储，然后new的空间在堆上开辟，_array又指向开辟的数组。如果按我们正常想的先调用operator delete释放堆空间，那么_array指向的数组即使调用析构函数也找不到，无法释放
因此我们可以整理出operator new和operator delete的调用顺序
- 调用operator new开辟空间
- 调用构造函数
- 调用析构函数
- 调用operator delete释放空间
2.3 定位new表达式
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;
}
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，这里p1，p2只是个自定义类型，无法调用构造函数，所以要用定位new
其语法形式为：
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
在实际应用中，定位new一般用于池化技术，也就是向内存申请一块内存池使用，因为频繁的向内存申请堆太麻烦了，所以申请一块内存池用于堆开辟空间
但是内存池的分配操作仅仅是对内存指针进行移动和管理，它只负责提供一块可用的原始内存，并没有内存初始化的操作
当使用 new 操作符来
创建对象时，它会完成两个主要步骤：首先分配内存，然后自动调用对象的构造函数对这块内存进行初始化。但内存池的分配操作只是完成了第一步，即提供内存，并没有触发构造函数调用的机制，此时定位new的作用就体现出来了，显式调用构造函数实现初始化操作
3.关于内存管理的常见知识点
3.1 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：
- malloc和free是
函数，new和delete是操作符 - malloc申请的空间
不会初始化，new可以初始化 - 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 - 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 - 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 - 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
3.2 内存泄漏
什么是内存泄漏？
内存泄漏指因为疏忽或错误造成
程序未能释放已经不再使用的内存的情况。内存泄漏并不是指内存在物理上的消失，而是应用程序分配某段内存后，因为设计错误，失去了对该段内存的控制，因而造成了内存的浪费
如何检测内存泄漏?
在vs下，可以使用windows操作系统提供的_CrtDumpMemoryLeaks() 函数进行简单检测，该函数只报出了大概泄漏了多少个字节，没有其他更准确的位置信息
int main()
{
int* p = new int[10];
// 将该函数放在main函数之后，每次程序退出的时候就会检测是否存在内存泄漏
_CrtDumpMemoryLeaks();
return 0;
}
// 程序退出后，在输出窗口中可以检测到泄漏了多少字节，但是没有具体的位置
Detected memory leaks!
Dumping objects ->
{79} normal block at 0x00EC5FB8, 40 bytes long.
Data: < > CD CD CD CD CD CD CD CD CD CD CD CD CD CD CD CD
Object dump complete.
因此写代码时一定要小心，尤其是动态内存操作时，一定要记着释放。但有些情况下总是防不胜防，简单的可以采用上述方式快速定位下。如果工程比较大，内存泄漏位置比较多，不太好查时一般都是借助第三方内存泄漏检测工具处理的
在linux下内存泄漏检测： linux下几款内存泄漏检测工具
在windows下使用第三方工具： VLD工具说明
其他工具： 内存泄漏工具比较
内存泄漏非常常见，解决方案分为两种：
事前预防型，如智能指针等事后查错型，如泄漏检测工具
希望读者们多多三连支持
小编会继续更新
你们的鼓励就是我前进的动力！
