C/C++内存管理
C++
兼容C语言
,C++
的内存管理机制和C语言
是一样的,但是C语言
的malloc
函数已经无法满足C++
面对对象过程中销毁的需求,于是C++
提出了新的内存管理函数new
和delete
1. C/C++内存分布
将内存分成不同的区域是为了更好的管理,上面说过C++兼容C,所以内存分布都是一样的:
五大分区:
- 栈区:
栈
又叫堆栈
,用于存储非静态局部变量、函数参数、返回值等等,栈
是向下增长的 - 内存映射段:
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 - 堆区:
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:
数据段
用于存储全局数据和静态数据 - 代码段:
代码段
用于存储可执行的代码和只读常量
内存中还存在内核空间
,但普通用户代码无法读写
2. C++动态内存管理
内存管理是为了对内存进行分类,使操作系统对内存能有更让的管理,C++
提出了new
和delete
操作符进行动态内存管理,下面我们来讲讲使用细节
2.1 new和delete操作内置类型
代码演示:
void Test() { int* ptr1 = new int; //申请一个整型,只是开空间 delete ptr1; //释放 double* ptr2 = new double(6.66); //申请一个浮点型,并初始化为6.66 delete ptr2; //释放 int* ptr3 = new int[8]; //申请8个int类型的空间 delete[] ptr3; //释放8次 }
2.2 new和delete操作自定义类型
代码演示:
class A { A(int a = 12) :_a(a) { cout << "A()" << endl; } ~A() { cout << "~A()" << endl; } private: int _a; }; int main() { //new/delete 和 malloc/free最大区别是 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 A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A)); //开空间 A* p2 = new A(12); //开空间并初始化 free(p1); delete p2; //内置类型是几乎是一样的 int* p3 = (int*)malloc(sizeof(int)); int* p4 = new int; free(p3); delete p4; A* p5 = (A*)malloc(sizeof(A) * 10); //开10个A类对象空间 A* p6 = new A[10]; //开10个A类对象空间 free(p5); delete[] p6; return 0; }
总结:
new
不需要像malloc
那样进行空指针判断,也不需要进行类型转换delete
需要配套使用,比如new int
使用delete
,new int
使用delete[]
new
和delete
都可以用于自定义类型,会分别调用自定义类型的构造函数
和析构函数
new/delete
和malloc/free
最大区别是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
malloc
对应free
,new
对应delete
,一定要搭配使用,避免引发问题
3. operator new 和 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
Visual studio 2019中operator new底层实现:
void* __CRTDECL operator new(size_t const size) { for (;;) { if (void* const block = malloc(size)) { return block; } if (_callnewh(size) == 0) { if (size == SIZE_MAX) { __scrt_throw_std_bad_array_new_length(); } else { __scrt_throw_std_bad_alloc(); //抛出异常 } } // The new handler was successful; try to allocate again... } }
Visual studio 2019中operator delete底层实现:
void __CRTDECL operator delete(void* const block, size_t const) noexcept { operator delete(block); } void __CRTDECL operator delete(void* const block) noexcept { #ifdef _DEBUG _free_dbg(block, _UNKNOWN_BLOCK); #else free(block); #endif }
Visual studio 2019中operator new[]底层实现:
void* __CRTDECL operator new[](size_t const size) { return operator new(size); //原理调用的size次operator new函数 }
Visual studio 2019中operator delete底层实现:
void __CRTDECL operator delete[](void* const block) noexcept { operator delete(block); } void __CRTDECL operator delete[](void* const block, size_t const) noexcept { operator delete[](block); }
4. new 和 delete实现原理
4.1 内置类型
如果申请的是内置类型的空间,new
和malloc
,delete
和free
基本类似,不同的地方是:new/delete
申请和释放的是单个元素的空间,new[]
和delete[]
申请的是连续空间,而且new
在申请空间失败时会抛异常,malloc
会返回NULL
4.2 自定义类型
new的原理:
- 调用
operator new
函数申请空间 - 在申请的空间上执行构造函数,完成对象的构造
delete的原理:
- 在空间上执行析构函数,完成对象中资源的清理工作
- 调用
operator delete
函数释放对象的空间
new T[N]的原理:
- 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
- 在申请空间上执行N次构造函数
delete[]的原理:
- 在释放的对象空间上执行N次析构函数,完成N个对象中资源的清理
- 调用
operator delete[]
释放空间,实际在operator delete[]
中调用operator delete
来释放空间
5. 定位new
定位new
是new
的新用法,是为了对已经开辟但没有初始化的空间进行初始化
5.1 基本语法
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(指针)type
或者new(指针)type(初始化列表)
代码使用:
class A { public: A(int a) :_a(a) { cout << "A()" << endl; } ~A() { cout << "~A()" << endl; } private: int _a; }; int main() { A* p = (A*)malloc(sizeof(A)); if (p == nullptr) { perror("malloc is failed"); exit(-1); } new(p)A(1); //定位new,对已经定义的对象初始化 return 0; }
5.2 使用场景
使用场景:一般配合内存池使。因为内存池分配出的内存没有初始化,所以如果定义自定义类型对象,需要使用new
的定义表达式进行显示调用构造函数进行初始化
C/C++内存管理到这里就介绍结束了,本篇文章对你由帮助的话,期待大佬们的三连,你们的支持是我最大的动力!
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