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C++基础 内存管理

C++基础 内存管理

一.内存分布

从高地址到低地址

栈区 Stack : 局部变量、函数参数,自动释放

堆区 Heap :new / malloc,手动释放

全局/静态区 :全局变量、static变量

常量区 : 字符串常量、只读常量

代码区: 程序指令

核心区别:

栈区:自动管理。
堆区:手动管理。
全局/静态区:生命周期贯穿整个程序。
常量区:一般只读。
代码区:存放程序执行指令。

二.C语言中动态内存管理方式:malloc/calloc/realloc/free

1. malloc:申请一块指定大小的内存

malloc 只负责申请内存,不会初始化。

所以里面的值是随机值

2.calloc:申请内存并初始化为 0

calloc 会申请 10 * sizeof(int) 字节,并且把这块内存全部初始化为 0。

它有两个参数

相当于申请 5 个 int 的空间,并全部置 0。

3.realloc:重新调整已经申请的内存大小

realloc 用来扩容或缩小原来的动态内存。

比如原来申请 5 个 int:

现在想变成10个

realloc 可能会在原地址扩容,也可能重新找一块更大的空间,然后把旧数据复制过去

三.C++的内存管理方式

C语言内存管理方式在C++中可以继续使用,但有些地方就无能为力,而且使用起来比较麻烦,因此C++又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。

1.new/delete操作内置类型

1.申请单个变量

在堆区申请一个 int,返回这个 int 的地址

但是 new int; 默认不会初始化,值可能是随机值

2.初始化

表示: *p == 10

3.delete 释放

释放堆区内存

调用析构(内置类型没有析构)

归还给系统

释放后,p 变成野指针

所以通常

更安全

4.new数组

在堆区申请 5 个连续的 int

但是默认不初始化

5.初始化数组

全部初始化为0

或者:

初始化为 1,2,3,0,0

6.delete[]

数组必须用

不可以

2.new和delete操作自定义类型

先定义一个类

new单个对象

这里发生了两件事:

1.在堆区申请对象空间

2. 自动调用构造函数

delete 对象

这里也会发生两件事:

1. 调用析构函数

2. 释放堆区内存

完整流程

输出:构造函数
析构函数

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。

3. 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: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,否则抛异常。

operator delete: 该函数最终是通过free来释放空间的

4. new和delete的实现原理

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。

2.自定义类型

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

5.malloc/free和new/delete的区别

malloc/free和new/delete的共同点是

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:

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*, 在使用时必须强转,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

6. 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释放

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