c++动态内存分布以及和C语言的比较

news2024/11/15 1:34:49

 

 

文章目录

  • 前言
  • 一.c/c++内存分布
  •      C语言的动态内存管理方式
  •      C++内存管理方式
  •      operator new和operator delete函数
  •      malloc/free和new/delete的区别
  •      定位new
  •      内存泄漏的危害
  • 总结

 


前言

c++是在c的基础上开发出来的,所以关于内存管理这一方面是兼容c的,比如以前C语言的malloc等等都是可以继续使用的,但是靠C语言以前的东西是解决不了c++中的问题的,比如自定义类型空间的开辟以及自定义类型如何释放空间等等,所以在内存管理这方面c++又与c有一些不一样,今天我们就来看一下c++对于内存管理都有什么不一样的点。


 

一、C/C++内存分布

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);
}

575a52528f1247e99dcc182010a132be.png 首先globalvar是全局变量,全局变量的static修饰的变量都放在静态区,staticGlobalVar既是全局变量又是静态变量所以还是放在静态区,staticVar虽然在局部作用域中但是静态变量都是放在静态区的,localVar是局部变量,局部变量放在栈中,num1是存放10个整形的数组也放在栈中。所以前5个的答案是C C C A A 

char 2[]是一个数组,同理是放在栈中的,*char2对数组名进行解引用,数组名代表首元素地址,也就是a存放的地方,数组都在栈中那么a肯定也是存放在栈中了。pchar3是一个指针变量,局部变量都是存放在栈中的,*pchar3是对这个指针变量进行解引用,解引用后找到其实际内容,虽然变量是在栈中开辟的,但是由于保存的是常量所以常量是放在常量区,所以*ptr3在代码段中。ptr1同样是指针变量,指针变量在栈中开辟,*ptr1是ptr1所指向的空间,使用malloc开辟的空间是在堆中,所以*ptr1是在堆中。这6道题的答案为:A A A D A B

187b629a4e7a44b296c22493d48d0d7e.png

 num1是个有10整形的数组,所以大小为40.char2是个字符数组,存放abcd\0共占用5个字节。strlen(char2)为4因为strlen会算到\0之前不包含\0.pchar3是个指针,指针是4/8字节。pchar3的长度也为4,ptr1是个指针大小也为4/8。所以答案为:40 5 4 4/8 4 4/8

栈又叫堆栈,非静态局部变量/函数参数/返回值等等,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。

数据段:存储全局数据和静态数据

代码段:可执行的代码/只读常量

C语言的动态内存管理方式

C语言使用malloc/calloc/realloc/free管理内存,那么malloc/calloc/realloc有什么区别呢?

malloc开辟空间不会进行初始化,calloc会初始化为0。realloc分为原地扩容和异地扩容,当原来扩容的空间后面有足够的空间的时候就在原来空间的后面直接扩容,如果空间不够则先找到一块足够大的空间然后将原来空间的数据拷贝到新空间再将旧空间释放掉。

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 delete 操作符进行动态内存管理
注意:申请和释放单个元素的空间,使用 new delete 操作符,申请和释放连续的空间,使用
new[] delete[],注意:匹配起来使用。
下面讲解new和delete如何使用:
3a2df7fea1134949997e672717f67fed.png

2c110e2deff64c22afc2c15504e11817.png 当然new是可以手动初始化的,方式如下:

3a3d557dd85f4a2180559e9536228979.png

那么开连续的空间是什么样的呢?

8f95a0a3bf2943db9eb789e7291f857c.png 当然连续的也可以初始化,方式如下:

7a8d858d9de54e1a9788bdabc00c7280.png

我们使用new开辟空间一定要用delete去释放,尤其是自定义类型的时候因为delete会调用析构函数如果你在这里使用free释放空间,那么析构函数中没有释放的空间就会造成内存泄漏。

class A
{
public:
	A(int a = 0)
		: _a(a)
	{
		cout << "A():" << this << endl;
	}
	~A()
	{
		cout << "~A():" << this << endl;
	}
private:
	int _a;
};
int main()
{
	A* pp = new A(1);
	delete pp;
	return 0;
}

8b9f0721007e49048a5b51620a7516d1.png

 operator new与operator delete 函数

我们听名字以为这是运算符重载,其实不是这里只是用了一样的词罢了,这里与运算符重载没有任何关联。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释放空间。当然还有operator new[]和operator delete[]是为了匹配new【】和delete【】。

e92057412fc64d158e4ceef0db63cf26.png

7d77ec766fc44c59ac24bae16ab3b964.png 那么operator new和operator delete的底层是怎么实现的呢?

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,如果该应对措施用户设置了,则继续申请,否则抛异常。

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。
那么new和delete的底层既然是通过malloc和free实现的为什么不建议混用呢?这里拿自定义类型举个例子:
class Stack
{
public:
	Stack()
	{
		cout << "stack()" << endl;
		_a = new int[4];
		top = 0;
		capacity = 4;
	}
	~Stack()
	{
		cout << "~Stack" << endl;
		delete[] _a;
		_a = nullptr;
		top = capacity = 0;
	}

private:
	int* _a;
	int top;
	int capacity;
};
int main()
{
	Stack sl;  //自定义类型会去调用构造和析构

	//这里的指针类型为内置类型,所以需要手动释放空间
	Stack* pst = new Stack;
	delete pst;

	return 0;
}

如上图所示,指针类型为内置类型不管是什么类型的指针都是内置类型所以不会像自定义类型一样调用构造和析构,当我们用pst开辟空间的时候和sl有什么不一样呢?看下图:

4e74b8c02a9547e3bb7686890160ee84.png

如果我们混着用比如释放的时候用free,free是不会调用析构函数的所以堆中绿色_a的空间没办法释放直接将pst的空间释放后再也找不到_a的空间了,这就造成了内存泄漏。

malloc/free和new/delete的区别 

1.malloc/free对于自定义类型不会调用其构造和析构函数,new/delete对于自定义类型会调用其构造函数和析构函数。

2.malloc开辟空间的时候不能初始化,new可以手动初始化。

3.malloc/free是函数,new/delete是操作符。

4.malloc申请空间时需要手动计算其空间大小,new申请空间编译器会自动计算,如果是多个对象new只需要在后面[]里加上对象个数即可。

5.malloc的返回值为void*,使用时必须将malloc强制转换,new不需要new后面就是类型。

6.malloc申请空间失败会返回空指针,而new申请空间失败会抛异常。

定位new

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式调构造函数初始化。

a406f285455b49ed9b6c79424b1b6252.png

如上图,因为操作系统是给所有的资源分配空间所以当你去向操作系统申请空间的时候会慢一些,这个时候可以直接像自己的内存池要内存,内存池的内存也是从堆里来的,当内存池有内存的时候就会把空间给你,如果没有内存内存池就会去找操作系统,然后内存池找操作系统要内存,内存池要的内存一般比你申请的空间要大,因为内存池要保证内存够用并且下一次来申请还有足够的内存。内存池的方式相比找操作系统消耗会变小。下面是定位new的使用样例: 

class A
{
public:
	A(int a = 0)
		: _a(a)
	{
		cout << "A():" << this << endl;
	}
	~A()
	{
		cout << "~A():" << this << endl;
	}
private:
	int _a;
};
int main()
{
	A aa;
	A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));
	if (p1 == NULL)
	{
		perror("malloc:");
		exit(-1);
	}
	//定位new 对已有的空间初始化。
	new(p1)A(1);

	A* p2 = new A;
	p1->~A();
	free(p1);
	delete p2;
	return 0;
}

图中我们用malloc开的空间是没办法初始化的,所以使用定位new对p1进行了初始化。p1既然既然是A*的指针那么就可以访问A类的公有函数,而这样的初始化其实我们用new就可以搞定,因为new对自定义类型会去调用构造函数。

内存泄漏的危害

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。
内存泄漏的危害:长期运行的程序出现内存泄漏,影响很大,如操作系统、后台服务等等,出现
内存泄漏会导致响应越来越慢,最终卡死。
void MemoryLeaks()
{
   // 1.内存申请了忘记释放
  int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int));
  int* p2 = new int;
  
  // 2.异常安全问题
  int* p3 = new int[10];
  
  Func(); // 这里Func函数抛异常导致 delete[] p3未执行,p3没被释放.
  
  delete[] p3;
}
C/C++程序中一般我们关心两种方面的内存泄漏:
堆内存泄漏 (Heap leak)
堆内存指的是程序执行中依据须要分配通过malloc / calloc / realloc / new等从堆中分配的一
块内存,用完后必须通过调用相应的 free或者delete 删掉。假设程序的设计错误导致这部分
内存没有被释放,那么以后这部分空间将无法再被使用,就会产生Heap Leak。
系统资源泄漏
指程序使用系统分配的资源,比方套接字、文件描述符、管道等没有使用对应的函数释放
掉,导致系统资源的浪费,严重可导致系统效能减少,系统执行不稳定。
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;
}

那么怎么避免内存泄漏呢?

7.2.4 如何避免内存泄漏
1. 工程前期良好的设计规范,养成良好的编码规范,申请的内存空间记着匹配的去释放。ps:
这个理想状态。但是如果碰上异常时,就算注意释放了,还是可能会出问题。需要下一条智
能指针来管理才有保证。
2. 采用RAII思想或者智能指针来管理资源。
3. 有些公司内部规范使用内部实现的私有内存管理库。这套库自带内存泄漏检测的功能选项。
4. 出问题了使用内存泄漏工具检测。ps:不过很多工具都不够靠谱,或者收费昂贵。
总结一下:
内存泄漏非常常见,解决方案分为两种:1、事前预防型。如智能指针等。2、事后查错型。如泄
漏检测工具。

 


总结

c/c++的内存管理最大的区别在于如何处理自定义类型,由于c++要兼容c所以做了很多的取舍比如定位new等,本章的关键在于malloc/free与new/delete的区别并且正确匹配的使用new和malloc,只有养成良好的编码习惯才能减少内存泄漏的危害

 

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.coloradmin.cn/o/358594.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈,一经查实,立即删除!

相关文章

02- OpenCV绘制图形及图像算术变换 (OpenCV基础) (机器视觉)

知识重点 OpenCV用的最多的色彩空间是HSV. 方便OpenCV做图像处理img2 img.view() # 浅拷贝img3 img.copy() # 深拷贝split(mat) 分割图像的通道: b, g, r cv2.split(img) # b, g, r 都是数组merge((ch1, ch2, ch3)) 融合多个通道cvtColor(img, colorspace): 颜…

Centos7系统编译Hadoop3.3.4

1、背景 最近在学习hadoop&#xff0c;此篇文章简单记录一下通过源码来编译hadoop。为什么要重新编译hadoop源码&#xff0c;是因为为了匹配不同操作系统的本地库环境。 2、编译源码 2.1 下载并解压源码 [roothadoop01 ~]# mkdir /opt/hadoop [roothadoop01 ~]# cd /opt/had…

运动蓝牙耳机哪个牌子好性价比高、性价比高的运动蓝牙耳机推荐

如今耳机是我们生活中很常见的数码产品了&#xff0c;在街上看到跑步、骑行&#xff0c;室内健身房&#xff0c;都能看到大家人手一副耳机&#xff0c;运动耳机已经成为很多人的运动必备品&#xff0c;因大众佩戴耳机的种类和风格有所不同&#xff0c;这也造就了市场上琳琅满目…

RT-Thread SPI使用教程

RT-Thread SPI 使用教程 实验环境使用的是正点原子的潘多拉开发板。 SPI从机设备使用的是BMP280温湿度大气压传感器。 使用RT-Thread Studio搭建基础功能。 1. 创建工程 使用RT-Thread Studio IDE创建芯片级的工程。创建完成后&#xff0c;可以直接编译下载进行测试。 2.…

电源电路设计(一)(文末有易灵思核心板及下载线)

现在随着电子技术的高速发展&#xff0c;电子系统的应用领域也变得越来越广泛&#xff0c;电子设备的种类也在逐渐的不断更新、不断增多&#xff0c;电子设备与人们日常的工作、生活的关系也是日益密切。任何的电子设备都离不开安全有效的电源&#xff0c;电源是一切电力电子设…

后来我放弃了Obsidian手机端,改用Flomo | Obsidian实践

Obsidian在本地管理笔记文件的方式是把双刃剑。一方面&#xff0c;用户自行管理笔记文件可以获得更多的安全感&#xff0c;不用担心会出现“平台挂掉了&#xff0c;笔记丢失”的情况&#xff1b;另一方面&#xff0c;免费版Obsidian无法进行多终端笔记同步的问题又常常遭人诟病…

c++11 标准模板(STL)(std::unordered_set)(三)

定义于头文件 <unordered_set> template< class Key, class Hash std::hash<Key>, class KeyEqual std::equal_to<Key>, class Allocator std::allocator<Key> > class unordered_set;(1)(C11 起)namespace pmr { templ…

wafw00f工具

wafw00f Web应用程序防火墙指纹识别工具 github地址&#xff1a;https://github.com/EnableSecurity/wafw00f 安装环境&#xff1a;python3环境 —>使用 pip install wafw00f 进行安装 安装成功后目录&#xff1a;python安装目录中的Lib\site-packages\wafw00f 本机为&a…

Hadoop - HDFS

Hadoop - HDFS 1. HDFS介绍 1.1 定义 HDFS是一个分布式文件系统&#xff0c;适合一次写入&#xff0c;多次读出的场景 数据可以保存在多个副本当中&#xff0c;可以通过增加副本的数量来增加容错 不适用于低延时数据访问的场景 不能高效的对小文件进行存储 因为会占用Na…

MySQL —— 内外连接

目录 表的内外连接 一、内连接 二、外连接 1. 左外连接 2. 右外连接 表的内外连接 表的连接分为内连和外连 一、内连接 内连接实际上就是利用where子句对两种表形成的笛卡儿积进行筛选&#xff0c;我们前面博客中的查询都是内连接&#xff0c;也是在开发过程中使用的最多…

为GDI+增加类似QPainter的Save和Restore功能

文章目录一、实现思路1、功能设计2、大体实现思路二、代码实现1、实现IList2、实现功能函数3、调用测试原文出处&#xff1a; https://blog.csdn.net/haigear/article/details/129116662在使用GDI绘图时&#xff0c;不得不说QT中的QPainter有些功能是让人羡慕的&#xff0c;比如…

【Java基础】泛型

泛型 generic 泛型的好处 编译器自动检查&#xff0c;减少了出错减少了转换次数&#xff0c;提高效率不再提示编译警告使程序员能够实现通用算法 定义 接口和类&#xff0c;方法都可以定义泛型 //泛型类会被在创建实例的时候被确定 // 泛型可以有多个 class Person<T,…

3分钟带您快速了解HIL测试及其架构

什么是HIL测试硬件在环&#xff08;HIL&#xff09;仿真是一种用于测试导航系统的技术&#xff0c;其中测试前并不知道车辆轨迹。在这种情况下&#xff0c;车辆轨迹被实时馈送到GNSS模拟器。HIL可用于复杂实时系统的开发和测试&#xff0c;如卫星控制系统、军事战术导弹、飞机飞…

从JDK源码中探究Runtime#exec的限制

前言 遇到很多次在调用Runtime.getRuntime().exec方法进行弹shell的时候遇到的各种限制&#xff0c;都没好好的认识认识原理&#xff0c;这次主要是总一个总结和原理上的分析。 环境搭建 之后使用docker起一个具有反序列化的漏洞的Java服务(能够执行命令就行)。 之后开启调…

深度学习神经网络基础知识(三)前向传播,反向传播和计算图

专栏&#xff1a;神经网络复现目录 深度学习神经网络基础知识(三) 本文讲述神经网络基础知识&#xff0c;具体细节讲述前向传播&#xff0c;反向传播和计算图&#xff0c;同时讲解神经网络优化方法&#xff1a;权重衰减&#xff0c;Dropout等方法&#xff0c;最后进行Kaggle实…

第47章 后端管理首页与Axios拦截守卫原理

1 404全局拦截 1.1 定义布局页&#xff1a;src\views\ 404View.vue <template> <el-container> <el-main> </el-main> <el-footer> <h1>大人&#xff0c;你要找的页面离家出走了&#xff01;小的正在努力寻找中…</h1> </el-fo…

Node多版本管理工具(轻松切换本地环境Node版本)

引言 在项目 Vue2 升级 Vue3 的过程中&#xff0c;因兼顾新老版本的项目而需不同版本的Node 环境&#xff0c;这种情况下 NVM【nodejs version manager(Node版本管理工具)】是一个很好的选择&#xff0c;它可以很方便的切换 node 环境。 安装 NVM 访问 ⬇ NVM 下载地址 &…

Android Handler的内存抖动以及子线程创建Handler

一、介绍 Handler&#xff0c;作为一个在主线程存活的消息分发工具&#xff0c;在App开发过程使用频率很高&#xff0c;也是面试问的比较多的。 面试常见的比如&#xff1a;子线程如何创建&#xff1f;Handler的机制是什么&#xff1f;内存抖动等&#xff0c;接下来我们会针对H…

Cosmos 基础教程(二)-- Run a Node, API, and CLI

有很多不同的方法来运行Cosmos区块链的节点。您将探索如何使用simapp 进行此操作。 1、编译simapp Cosmos SDK存储库包含一个名为 simapp 的文件夹。在这个文件夹中&#xff0c;您可以找到运行Cosmos SDK模拟版本的代码&#xff0c;这样您就可以在不实际与链交互的情况下测试…

从零开始使用MMSegmentation训练Segformer

从零开始使用MMSegmentation训练Segformer 写在前面&#xff1a;最新想要用最新的分割算法如&#xff1a;Segformer or SegNeXt 在自己的数据集上进行训练&#xff0c;但是有不是搞语义分割出身的&#xff0c;而且也没有系统的学过MMCV以及MMSegmentation。所以就折腾了很久&am…