【C++】内存管理
一、C/C++内存分布
先看一下下面这个题
公布一下答案
下面是解析:
char2局部变量在栈区 char2是一个数组,把后面常量串拷贝过来到数组中,数组在栈上,所以*char2在栈上
pChar3局部变量在栈区 *pChar3得到的是字符串常量字符在代码段
ptr1局部变量在栈区 *ptr1得到的是动态申请空间的数据在堆区
说明:
- 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。(Linux课程如果没学到这块,现在只需要了解一下)
- 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。
二、C语言中动态内存管理方式
从上面这个我们可以看出,我们对内存的操作绝大部分是在堆区进行的,那么对于C语言的内存管理函数malloc . calloc , realloc 是否还记得
int Test()
{
//申请一块四个int大小的空间放在p1
int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int) * 4);
//申请一块四个int大小的空间放在p2,并全部初始化为1
int* p2 = (int*)calloc(1, sizeof(int) * 4);
//为p2再申请六个int大小的空间
int* p3 = (int*)realloc(p2, sizeof(int) * 10);
//释放空间
free(p1);
free(p3);
}
malloc函数的使用方法
calloc函数的使用方法
realloc函数的使用方法
三、C++内存管理方式
因为C语言和C++可以兼容,所以C语言的方式在C++中依然可以使用,但是有时候会很麻烦,所以C++提出了自己的内存管理方式:通过 new 和 delete 进行动态内存管理
1、new 和 delete 操作内置类型
void Test01()
{
//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,并初始化为10
int* p2 = new int(10);
//动态申请10个int类型的空间
int* p3 = new int[10] {1, 1, 1, 1, 1, 1, 1};
//销毁
delete p1;
delete p2;
delete[] p3;
}
要注意new和delete要匹配使用
new —— delete
new[ ] —— delete[ ]
当然若要申请二维数组,和C语言一样麻烦,分为数组指针和指针数组两种
void Test02()
{
//数组指针
int (*p1)[4] = new int[3][4];
//销毁p1
delete[] p1;
//指针数组
int** p2 = new int*[3];
for (int i = 0; i < 3; i++)
{
//*(p2 + i) = new int[4];
p2[i] = new int[4];
}
//销毁p2
for (int i = 0; i < 3; i++)
{
delete[] p2[i];
}
}
2、new 和 delete 操作自定义类型
#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
//构造函数
A(int a1 = 1)
:_a1(a1)
, _array(new int[4] {1, 2, 3, 4})
{
cout << "A()" << endl;
}
//析构函数
~A()
{
cout << "~A()" << endl;
}
void Getcapacity()
{
_array = new int[4] {1, 2, 3, 4};
}
private:
int _a1;
int* _array;
};
int main()
{
//这里最大的区别是,new在创建时会调用构造函数,并且可以传值进行初始化
//在销毁时delete会调用析构函数
A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));
A* p2 = new A(2);
free(p1);
delete p2;
//内置类型几乎是一样的
int* p3 = (int*)malloc(sizeof(int) * 4);
int* p4 = new int[4];
free(p3);
delete[] p4;
return 0;
}
这里最大的区别是对于自定义类型,new会调用自定义类型的构造函数,delete会调用自定义类型的析构函数
四、operator new 和 operator delete 函数
当我们将程序转到反汇编,我们发现在new和delete时会调用到这两个函数,那我们将这两个函数调出来
/*
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
*/
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)
从上面我们可以看到一些属性的面孔,malloc,free这是C语言开辟和销毁空间的方式
由此我们知道了
new 开辟空间还是通过 mlloc,当开辟失败时,会抛异常,所以我们无需像malloc一样判断是否为空指针
delete 销毁空间是通过 free
如上图,在32位环境下我们一次申请1个G,在申请第二次时报了异常,就是抛出了异常,我们要将异常捕获的话就要用到try,catch
#include<iostream>
using namespace std;
void Test01()
{
try
{
int n = 0;
char* p1 = new char[1024 * 1024 * 1024];
cout << n++ << endl;
char* p2 = new char[1024 * 1024 * 1024];
cout << n++ << endl;
char* p3 = new char[1024 * 1024 * 1024];
cout << n++ << endl;
}
catch (const exception& e)
{
cout << e.what() << endl;
}
}
int main()
{
Test01();
return 0;
}
exception是一个函数
这就是被捕获的异常
五、new 和 delete 的实现原理
1、内置类型
如果是申请内置类型的空间,new/delete 和 malloc/free基本相同
不同的地方在:
new/delete是申请单个空间,new[ ]/delete[ ]是申请连续空间
new申请失败会抛异常,malloc申请失败会返回NULL
2、自定义类型
<1>new的原理
1、调用operator new申请空间
2、调用构造函数,对申请的空间进行构造
<2>delete原理
1、在空间中调用析构函数,将对象中的空间进行清理
2、调用operator delete 函数释放对象空间
<3>new T[N] 的原理
1、调用operator new[ ]函数,在函数中调用N次operator new函数完成对对象空间的申请
2、在申请的空间上N次调用构造函数
<4>delete[ ]的原理
1、在释放空间上调用N次析构函数
2、调用operator delete[ ]函数,在函数中调用N次operator delete函数完成对空间的释放
3、new和delete不匹配的报错
#include<stdlib.h>
#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
A(int a1 = 1, int a2 = 1)
:_a1(a1)
,_a2(a2)
{
cout << "A()" << endl;
}
~A()
{
cout << "~A()" << endl;
}
private:
int _a1;
int _a2;
};
class B
{
public:
private:
int _b1;
int _b2;
};
我们有这两个类,假设我们连续开辟几个对象
上面是连续开辟了10个B的对象
new[ ] 与 deldete 配对但是没有报错
当相同情况下,连续开辟了10个A的对象,程序就崩溃了
这是因为operator new[ ] 对于有析构函数的对象,会在开辟空间的前面开辟一个大小为 int 的空间用来记录创建对象的数量 ,如下图size是84
所以在析构时位置不对就会报错,程序崩溃
六、定位new表达式(placemean-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
1、使用格式
new (place_address) type
new (place_address) type (initializer_list)
place_address 是一个指针
initializer_list 是类型的初始化列表
2、使用场景
定位new表达式一般和内存池配合使用,因为内存池中数据为初始化,所以需要通过new的定位表达式进行显示构造函数初始化
#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
A(int a1 = 1, int a2 = 1)
:_a1(a1)
,_a2(a2)
{
cout << "A()" << endl;
}
~A()
{
cout << "~A()" << endl;
}
private:
int _a1;
int _a2;
};
int main()
{
A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));
//p1->A()这样写是不行的
new(p1)A(2, 3);
//在销毁时,要先调用析构函数,对对象内部成员进行销毁
//然后再free
p1->~A();
free(p1);
//看下面这个有没有感觉很熟悉,和malloc用法一样
//因为new内核就是malloc所以如果直接用函数就和malloc基本一样
A* p2 = (A*)operator new(sizeof(A));
new(p1)A(10);
p2->~A();
operator delete(p2);
return 0;
}
七、malloc/free 和 new/delete 的区别
相同点:
都是在堆上申请空间,并且需要手动释放
不同点:
1、malloc/free是函数,而new/delete是操作符
2、malloc申请的空间不会初始化,new申请的空间可以初始化
3、malloc申请空间需要计算大小,而new申请空间不用,只需要在后面加上类型名,若要开辟连续几个只需要在 [ ] 中加上数字
4、malloc申请空间前面必须强转,new不需要因为后面跟着空间的类型
5、malloc申请空间失败返回的是NULL,需要判空,而new不需要,new会抛异常
6、在申请自定义类型对象时,malloc/free只会申请和销毁空间,不会调用构造和析构函数,而new申请空间时会调用构造函数,delete申请空间会调用析构函数