C++的内存管理详细解释

2024-04-02 19:04:59 232人浏览八月长安

摘要

目录一、C/C++内存分布二、C语言中动态内存管理方式：1、malloc/calloc/realloc区别：三、c++中动态内存管理：new/delete四、实现原理五、面试常问问题

一、C/C++内存分布

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。
堆用于程序运行时动态内存分配，堆是可以向上增长的。
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。

在这里插入图片描述

二、C语言中动态内存管理方式：

1、malloc/calloc/realloc区别：

共同点:

都是C语言中用来进行动态内存申请的库函数，申请的空间都在堆上，用完之后必须使用free来进行释放
返回值类型都是void*在接受返回的地址时必须要进行强转
如果申请空间成功:返回的是空间的首地址，如果失败返回的是NULL

不同点:

malloc：返回值类型void*

在接受返回的空间地址时必须要进行强转

成功:空间首地址失败:NULL

参数:申请的空间所占总的字节数

申请的空间在堆上，使用完成后必须要使用free来进行释放

calloc：返回值一致

参数列表:参数一表示元素的个数；参数二表示单个类型的字节数

功能:与malloc基本相同，但是calloc会对其申请的空间进行初始化

realloc(void* p, size_t size):将p所指向空间的大小调整到size字节

p指向的是NULL:该函数的类似malloc

假设:p所指向的空间总共占old个字节

size <= old:将p所指向的空间缩小到size个字节---->直接返回值p所指向空间的首地址

size > old:将p所指向的空间扩增到size个字节

大一点:返回原空间的首地址

大的多的多:申请新空间；将旧空间中元素拷贝到新空间；释放旧空间；返回新空间的首地址

三、C++中动态内存管理：new/delete

C++为什么要搞一套动态内存管理？

首先：C语言中的动态内存管理方式在C++中仍然可以使用

原因：

1、C语言中的方式比较麻烦—需要用户手动算字节数，需要对返回结果强转，需要判空，需要包含头文件

2、malloc、free:不会调用构造函数/析构函数；new、delete：在进行空间申请和释放时是会调用构造函数和析构函数的

在这里插入图片描述


// C++中动态内存管理方式：new/delete----申请单个类型的空间
// new[]/delete[]-----申请释放一段连续的空间
//注意：1、new/delete不是函数，是C++中的关键字||操作符
//		2、new的空间必须要有delete释放  new[]必须使用delete[]释放
class Test
{
public:
	Test()
		:_t(10)
	{
		cout << "Test():" << this << endl;
	}
	~Test()
	{
		cout << "~Test():" << this << endl;
	}
	int _t;
};
//new/delete和new[]/delete[]使用说明
void Test1()
{
	int* p1 = new int;
	int* p2 = new int(100);
	int* p3 = new int[10];
	int* p4 = new int[10]{ 1,2,3,4,5,6,7,8,9,0 };
	delete p1;
	delete p2;
	delete[] p3;
	delete[] p4;
}
void Test2()
{
	//malloc并不是创建了一个Test类型的对象，只是在堆上申请了一块与Test类型大小相同的一块空间
	//因为：malloc不调用构造函数
	Test* p1 = (Test*)malloc(sizeof(Test));//malloc不会调用构造函数
	if (nullptr == p1)
		return;
	//真正创建了一个对象，该对象的空间在堆上
	Test* p2 = new Test;//new在申请空间期间会调用构造函数
	free(p1);//:在释放空间期间，不会调用析构函数
	delete p2;//:在释放空间期间，会调用对象的析构函数
}

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[]

四、实现原理

new的原理

1、调用operator new函数申请空间

2、在申请的空间上执行构造函数，完成对象的构造

delete的原理

1、在空间上执行析构函数，完成对象中资源的清理工作

2、调用operator delete函数释放对象的空间

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

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

五、面试常问问题

1、malloc/free和new/delete的区别

共同点是：

都是从堆上申请空间，并且需要用户手动释放。

不同的地方是：

malloc和free是函数，new和delete是操作符
malloc申请的空间不会初始化，new可以初始化
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
malloc的返回值为void*, 在使用时必须强转，new不需要，因为new后跟的是空间的类型
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
申请自定义类型对象时，malloc/free只会开辟空间，不会调用构造函数与析构函数，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