C/C++内存管理以及new/delete的底层实现。

news2024/10/6 7:44:07

一、C/C++ 内存分布

我们平常写代码所用的内存叫虚拟内存，是操作系统分配给每个进程的4G的内存，其中3G叫用户空间，1G叫内核空间。

我们所用的也就是3G的用户空间，如下图：

说明：

1. 代码段—可执行的代码/只读常量。

2. 数据段—存储全局数据和静态数据。

3. 堆—用于程序运行时动态内存分配，堆是可以上增长的。

4. 内存映射段—也叫共享内存区，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。

5.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。

那么下面这段代码变量所处的区域是哪个？

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);
}

选项：

A. 栈 B.堆 C.数据段 D.代码段

globalVar在哪里？____ staticGlobalVar在哪里？____

staticVar在哪里？____ localVar在哪里？____

num1 在哪里？____

char2在哪里？____ *char2在哪里？___

pChar3在哪里？____ *pChar3在哪里？____

ptr1在哪里？____ *ptr1在哪里？____

答案：（我对照内存分布图画出来）

二、C与C++ 动态内存管理方式及区别

C语言中常用 malloc/calloc/realloc/ 动态开空间，用 free 释放空间。

那么 C++ 呢？

C++用 new/delete 、new[]/delete[] 配套使用动态开辟空间释放空间。

有什么区别呢？

最大的区别就是 new/delete 对于 "自定义类型" 除了开空间，还会调用构造函数和析构函数。

但是对 "内置类型" new/delete 和 malloc/free 都一样。

三、详细介绍new/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。

下面是 operator new 的源代码：

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);
}

new 底层封装 malloc 的作用在于申请失败抛异常，而 malloc 失败是返回NULL。

下面是 operator delete 的源代码：

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)

可以看到 delete 底层还是封装了 free