C/C++内存管理

内存管理

• C/C++内存分布
• • 内存区域划分
• C/C++动态内存管理
• • C动态内存管理方式
  • C++动态内存管理方式
  • • new/delete操作内置类型
    • new/delete操作自定义类型
• new和delete的实现原理
• • [operator new与operator delete函数](#operator new与operator delete函数)
  • 实现原理
  • 注意
• 定位new
• [malloc free和new delete的区别](#malloc free和new delete的区别)
• 补充知识

C/C++内存分布

int main()
{
	static int staticVar = 1;
	int lovalVar = 1;

	int num1[10] = { 1, 2, 3, 4 };
	char char2[] = "abcd";

	//const不影响存储区域，但是不+const会导致权限放大，程序出错
	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);

	return 0;
}

解析代码所在区域：代码存放在磁盘中

内存区域划分

	功能	内存
栈	非静态局部变量，函数参数，返回值...	向下增长（内存地址减小的方向）
堆	动态内存分配	内存向上增长
数据段	存储全局数据和静态数据
代码段	可执行代码/只读常量
内存映射段	高效的I/O映射方式

C/C++动态内存管理

C动态内存管理方式

方式： malloc/calloc/realloc/free

malloc:开空间

calloc:开空间+初始化为0

realloc:扩充空间

void Test()
{
	int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int));
	free(p1);

	int* p2 = (int*)calloc(4, sizeof(int));
	int* p3 = (int*)realloc(p2, sizeof(int) * 10);
	free(p3);
}

注意：
1.异地扩容：代码中p2不需要释放，realloc扩容完成（把内容复制到新的空间）后会释放p2的内容。（p2是野指针）
2.原地扩容：p2和p3指向同一块空间。

C++动态内存管理方式

C++的内存管理方式：new/delete操作符

1.申请和释放单个 元素的空间，使用new和delete操作符 ，

2.申请和释放连续 的空间，使用new[]和delete[ ]，

注意：匹配使用

new/delete操作内置类型

new/delete的基本使用：

void Test()
{
	//动态申请一个int类型的空间
	int* ptr1 = new int;

	//动态申请一个int类型的空间,并初始化为10
	int* ptr2 = new int(10);

	//动态申请10个int类型的空间
	int* ptr3 = new int[10];

	//把动态申请10个int类型的空间的前3个空间按照{}(代码块)中的内容初始化
	//剩下的空间会自动初始化成0
	int* ptr4 = new int[10]{ 1,2,3 };

	delete ptr1;
	delete ptr2;
	delete[] ptr3;
	delete[] ptr4;
}

解析代码：

new/delete操作自定义类型

new/delete对自定义类型的作用

class A
{
public:
	A(int a = 0)
		:_a(a)
	{
		cout << "A():" << this << endl;
	}
	~A()
	{
		cout << "~A():" << this << endl;
	}

private:
	int _a;
};

void Test()
{
	//new和delete对于自定义类型，除了开空间还可以调用构造函数和析构函数
	A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));
	A* p2 = new A(1);
	free(p1);
	delete p2;


	//如果是多参数，且没有默认构造，就要补充所以参数。有默认构造可以根据需要，可以不补齐参数
	A* p3 = new A[4]{ 1, 2, 3, 4 };
	A* p4 = new A[4]{ A(1), A(2), A(3) }; //A(1)-->匿名对象
	

	delete[] p3;
	delete[] p4;
}

** 注意： 在申请自定义类型的空间是，new会调用构造函数，delete会调用析构函数，而malloc和free则不会。内置类型几乎一样**

new和delete的实现原理

operator new与operator delete函数

new和delete是用户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在底层提供operator delete全局函数来释放空间
operator new:该函数实际提供malloc来申请空间， 而malloc申请空间失败则返回一个错误码 new开辟空间失败就会抛异常。

operator delete:最终是通过free来释放空间。

实现原理

注意

new T[N]的原理:

1.调用operator new[]函数，在operator new[]中实际调用operator new函数完成N个对象空间的申请

2.在申请的空间上执行N次构造函数
delete[]的原理:

1.在释放的空间上执行N次析构函数，完成N个对象中资源的清理

2.调用operator delete[]函数，实际在operator delete[]中调用operator delete来释放空间

定位new

作用：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。

语法：

(1)、new (place_address) type

(2)、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：

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，所以自定义类型的对象，需要使用new的定义表达式进行显示调构造函数进行初始化。

class A
{
public:
	A(int a = 0)
		:_a(a)
	{
		cout << "A():" << this << endl;
	}

	~A()
	{
		cout << "~A():" << this << endl;
	}

private:
	int _a;
};

void Test()
{
	//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));
	//显示调用构造函数。如果A类的构造函数有参数时，此处需要传参
	new(p1)A;
	p1->~A();

	A* p2 = (A*)operator new (sizeof(A));
	new(p2)A(10);//显示调用构造函数
	p2->~A();
	operator delete(p2);
}

malloc free和new delete的区别

共同点：都是从堆上申请空间，并且需要用户手动释放。
不同点：

一、<特性+用法>

1. malloc和free是函数，new和delete是操作符
2. malloc申请的空间不会初始化，new可以初始化
3. 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
4. malloc的返回值为void*, 使用时必须强转，new不需要，因为new后跟的是空间的类型
5. 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

二、<底层>

1. 申请自定义类型对象时，malloc/free只会开辟空间。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

补充知识

1. 对于堆来说，频繁的申请和释放空间，容易造成内存碎片，甚至内存泄漏。栈区由于自动管理，不存在此问题。
2. 堆的大小受操作系统的限制，栈的大小一般较小，栈空间一般由系统直接分配。
3. 32位系统下，最大的访问内存空间为4G，所以不可能把所有的内存空间当做堆内存使用。所以堆的内存在这是不是4G。
4. 堆无法静态分配，只能动态分配。静态分配（分配的内存空间大小是固定的，适用于存储固定大小的数据结构）：指在编译时就确定变量的内存分配位置，而堆的内存分配是在运行时根据需要进行的。
5. 栈可以通过函数_alloca进行动态分配，不过分配的空间不能通过free或delete释放。