C&C++内存管理方式

文章目录

[1. C/C++内存分布](#1. C/C++内存分布)
- 总结
C语言中动态内存管理
C++内存管理方式
- new/delete操作内置类型
- new和delete操作自定义类型
- c++推荐是用new和delete
- [operator new与operator delete函数](#operator new与operator delete函数)
定位new

1. C/C++内存分布

我们先来看下面的一段代码和相关问题

c 复制代码

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);

总结

1.全局变量，static修饰的全局变量和局部变量都存放在静态区
2.局部变量，数组存放在栈区
3.const char pChar3= "abcd"; pChar3指向代码段

C语言中动态内存管理

方式：malloc/calloc/realloc/free

c 复制代码

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 );
}

1.malloc/calloc/realloc的区别是什么?

calloc会初始化。

2. 这里需要free(p2)吗？

C++内存管理方式

C++提出了自己的内存管理方式：通过new 和delete操作符进行动态内存管理。

new/delete操作内置类型

c 复制代码

void Test()
{
  // 动态申请一个int类型的空间
  int* ptr4 = new int;
  
  // 动态申请一个int类型的空间并初始化为10
  int* ptr5 = new int(10);
  
  // 动态申请10个int类型的空间
  int* ptr6 = new int[3];
  delete ptr4;
  delete ptr5;
  delete[] ptr6;
}

注意：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[].

new和delete操作自定义类型

C++增加了new和delete操作符它最主要的目的是为了处理自定义类型。

c 复制代码

class A
{
public:
	A(int a)
		:_a1(a)
	{
		cout << "A(int a)" << endl;
	}
	~A()
	{
		cout << "~A()" << endl;
	}
private:
	int _a1;
};
int main()
{
	A* p3 = new A(1);
	delete p3;
	return 0;
}

注意：在申请自定义类型的空间时，new会调用构造函数，delete会调用析构函数 ,而malloc与
free不会。

相比于C语言的内存管理，C++还多了初始化

c 复制代码

int main()
{
	int* p1 = new int(10); // 申请一个int，初始化10
	int* p2 = new int[10] {1, 2, 3, 4};
`	return 0;
}

c++可以不检查

c 复制代码

int main()
{
	int* p1 = new int(10); //失败了抛异常

	int* p2 = (int*)malloc(sizeof(int));//失败了返回0
	if (p2 == nullptr)
	{
		perror("malloc fail");
	}

	return 0;
}

c++推荐是用new和delete

1.new和delete写起来更加简洁

2.new和delete处理自定义类型可以调用构造函数和析构函数

new和delete一定要匹配使用，不然会有各种问题。

operator new与operator delete函数

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。

operator new 和operator delete不是运算符重载

operator new 和operator delete本质是对malloc和free的封装，那为什么要这样呢？

这里有一个重要的原因就是，malloc申请内存失败是返回0，而C++希望申请内存失败就抛异常，所以对它进行了封装。

c 复制代码

int main()
{
	 //失败了抛异常
	int* p1 = (int*)operator new(sizeof(int*));

	// 失败返回nullptr
	int* p2 = (int*)malloc(sizeof(int*));
	if (p2 == nullptr)
	{
		perror("malloc fail");
	}

调用情况

c 复制代码

int main()
{
	// 申请空间 operator new -> 封装malloc
	// 调用构造函数
	A* p5 = new A;
	
	// 先调用析构函数
	// 再operator delete p5指向的空间
	// operator delete -> free
	delete p5;
	
	// 申请空间 operator new[] ->perator new-> 封装malloc
	// 调用10次构造函数
	A* p6 = new A[10];
	
	// 先调用10次析构函数
	// 再operator delete[] p6指向的空间
	delete[] p6;
	return 0;
}

这样写会报错吗？

c 复制代码

int* p7 = new int[10];
free(p7);  // 正常释放

不会，这是内置类型。

这样呢？

c 复制代码

A* p8 = new A;
free(p8);

free不会调用析构函数，如果有资源需要清理，就会造成内存泄漏。

给大家看一种会出现内存泄漏的情况

c 复制代码

int main()
{
	Stack * pst=new Stack;//指针都是内置类型，所以不会调用构造函数
	free(pst);
	return 0;
}

紧接着，我要讲的跟编译器有关，不同的编译器可能会不一样

c 复制代码

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

	~A()
	{
		cout << "~A():" << this << endl;
	}
private:
	int _a;
};
int main()
{
	A* p9 = new A[10];
	//free(p9);
	//delete p9;
	delete[] p9;
	return 0;
}

为什么写成free(p9)和delete p9都会报错？

首先我们知道内存泄漏一般是不会报错的，只有比较大的问题才会报错，比如内存错误或者野指针，但是这里为什么会报错呢？

首先A* p9 = new A[10];调用了十次构造函数，所以肯定也要析构十次，那写成delete p9;编译器怎么知道要析构十次呢？

事实上，编译器另外除了开辟A[10]的空间，还往前开了一块大小位为nt的连续的空间，用来存放数据，这个数据告诉编译器要析构多少次。

写成delete[] p9;表示它会告诉编译器，不是从p9开始析构，而是找到往前再走int大小的地址，开始析构。

报错是因为delete的位置错了，并不是p9那个位置，而不是以为只是析构了一次。

还没有完呢？假设我把析构函数屏蔽掉了还会不会报错。

不会，这是因为自己没有写析构函数，并且编译器会因为没有不需要资源清理而不用生成析构函数。所以自然也不会再往前开辟空间来

存放需要析构的次数，所以delete的位置就是p9;

结论：new/malloc系列有底层实现机制有关联交叉。不匹配使用
可能有问题，可能没问题，建议大家一定匹配使用

定位new

如果一块已经开好的空间没有初始化，那怎么初始化呢？

这里就有了定位new这个东西

c 复制代码

int main()
{
	A aa;

	A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));
	if (p1 == nullptr)
	{
		perror("malloc fail");
	}

	// 对一块已有的空间初始化 -- 定义new
	new(p1)A(1);
	return 0;
}

析构函数怎么调用？

c 复制代码

p1->~A();
free(p1);

直接这样不就可以了

c 复制代码

A* p2=new A;

虽然看起来定位new的用处不大，但是定位new有一个特别的应用场景，为了提升性能内存从内存池申请而不是操作系统。

直接new是从操作系统种申请，定位new是从内存池中申请的。

但是内存池也可能伴有一定空间的浪费。