为什么内存管理要分如下区域?
方便管理,程序中需要不同类型的数据,主要是生命周期,比如当我们需要一个全局变量时,那么这个变量对应的是放在数据段中。还有一些局部变量,存放在栈中。
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);
}
globalVar
在哪里?C staticGlobalVar
在哪里?C
staticVar
在哪里?C localVar
在哪里?A
num1
在哪里?A
全局变量、静态全局变量、静态局部变量的生命周期是整个程序,因此保存在数据段,局部变量和数组是在函数内部,是在栈中。char2
在哪里?A *char2
在哪里?A_
pChar3
在哪里?A__ *pChar3
在哪里?D__
ptr1
在哪里?A__ *ptr1
在哪里?B
char2
是一个字符数组,它同样是在栈中分配的,因为它是在函数内部声明的,*char2
指向char2
的第一个元素,因此它也是在栈中
*pChar3
是指向 pChar3
所指向的常量字符串的第一个字符,因此它也是在代码段(常量区)中。
关于C语言的动态内存管理可以跳转到C语言学习系列->动态内存管理
面试题: malloc/calloc/realloc的区别?
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。
基本语法:
int main()
{
//动态申请一个int类型的对象
int* p1 = new int;
//动态申请10个int类型对象
int* p2 = new int[10];
//动态申请一个int类型对象并初始化为10
int* p3 = new int(10);
//释放
delete p1;
delete[] p2;
delete p3;
return 0;
}
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[]
,注意:匹配起来使用。
class A
{
public:
A(int a = 0)
: _a(a)
{
cout << "A():" << this << endl;
}
~A()
{
cout << "~A():" << this << 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));
A* p2 = new A(1);
free(p1);
delete p2;
// 内置类型是几乎是一样的
int* p3 = (int*)malloc(sizeof(int)); // C
int* p4 = new int;
free(p3);
delete p4;
A* p5 = (A*)malloc(sizeof(A) * 10);
A* p6 = new A[10];
free(p5);
delete[] p6;
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。
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。
自定义类型:
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
是对malloc
的封装,operator delete
是对free
的封装
/*
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。
*/
void* __CRTDECL operator new(size_t size) _THROW1(_STD bad_alloc)
{
// try to allocate size bytes
void* p;
while ((p = malloc(size)) == 0)
if (_callnewh(size) == 0)
{
// report no memory
// 如果申请内存失败了,这里会抛出bad_alloc 类型异常
static const std::bad_alloc nomem;
_RAISE(nomem);
}
return (p);
}
/*
operator delete: 该函数最终是通过free来释放空间的
*/
void operator delete(void* pUserData)
{
_CrtMemBlockHeader* pHead;
RTCCALLBACK(_RTC_Free_hook, (pUserData, 0));
if (pUserData == NULL)
return;
_mlock(_HEAP_LOCK); /* block other threads */
__TRY
/* get a pointer to memory block header */
pHead = pHdr(pUserData);
/* verify block type */
_ASSERTE(_BLOCK_TYPE_IS_VALID(pHead->nBlockUse));
_free_dbg(pUserData, pHead->nBlockUse);
__FINALLY
_munlock(_HEAP_LOCK); /* release other threads */
__END_TRY_FINALLY
return;
}
/*
free的实现
*/
#define free(p) _free_dbg(p, _NORMAL_BLOCK)
通过上述两个全局函数的实现知道,operator new
实际也是通过malloc
来申请空间,如果malloc
申请空间成功就直接返回,否则执行用户提供的空间不足应对措施,如果用户提供该措施就继续申请,否则就抛异常。operator delete
最终是通过free
来释放空间的.
它的使用和malloc
是一样的:
int* p4 = (int*)operator new(10 * 4);
上面说了,new
和delete
需要匹配使用,那么如果不匹配使用会出现什么后果呢?不匹配的话,结构是不确定的。
内置类型:
int* p1 = new int[10];
delete p1;
不存在内存泄漏,new int[10]
底层是operator new[]
,operator new[]
的底层是malloc
,delete
底层是operator delete
,依然使用free
来释放,不存在构造函数。
自定义类型:
A* p2 = new A[10];
delete p2;
其中A
实现了析构函数,报错的原因是释放位置错了,使用delete
不认为指针要向前移动4个字节,不是内存泄漏,也不是少调用了9次析构函数。因此需要使用delete[]
,这样不仅可以正确调用析构函数,而且知道调用多少次。
使用delete[]
的时候,才知道调用了多少次析构函数:
如果A
没有实现析构函数,就没有像上面一样多开4个字节,不需要存个数,delete
直接调用operator delete
,即free
,可以实现:
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 (place_address) type
或者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。
class A
{
public:
A(int a = 0)
: _a(a)
{
cout << "A():" << this << endl;
}
~A()
{
cout << "~A():" << this << endl;
}
private:
int _a;
};
// 定位new/replacement new
int main()
{
// 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));
new(p1)A; // 注意:如果A类的构造函数有参数时,此处需要传参
p1->~A();
free(p1);
A* p2 = (A*)operator new(sizeof(A));
new(p2)A(10);
p2->~A();
operator delete(p2);
return 0;
}
运行结果:
A():00D3B8F0
~A():00D3B8F0
A():00D39E30
~A():00D39E30
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,所以如果是自定义类型的对象,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。
一般定位new表达式和内存池一块使用,内存池的内存是从系统来的,事先在系统中申请一些内存构成内存池。
计算机中有一个池化技术,也就是提前准备,有些地方需要某些东西,需要频繁调用,那么就可以事先准备好,这样效率会高一些。
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:
什么是内存泄漏:内存泄漏指因为疏忽或错误造成程序未能释放已经不再使用的内存的情况。内 存泄漏并不是指内存在物理上的消失,而是应用程序分配某段内存后,因为设计错误,失去了对 该段内存的控制,因而造成了内存的浪费。 内存泄漏的危害:长期运行的程序出现内存泄漏,影响很大,如操作系统、后台服务等等,出现 内存泄漏会导致响应越来越慢,最终卡死。
void MemoryLeaks()
{
// 1.内存申请了忘记释放
int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int));
int* p2 = new int;
// 2.异常安全问题
int* p3 = new int[10];
Func(); // 这里Func函数抛异常导致 delete[] p3未执行,p3没被释放.
delete[] p3;
}
如何避免内存泄漏
总结: 内存泄漏非常常见,解决方案分为两种:1、事前预防型。如智能指针等。2、事后查错型。如泄 漏检测工具