005-C/C++内存管理-海口c网

005-C/C++内存管理

article/2025/6/24 23:21:04

C/C++内存管理

1. C/C++内存分布

在这里插入图片描述

栈–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（这是系统部分的知识）。
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–存储全局数据和静态数据。
代码段–可执行的代码/只读常量。

2. C语言中动态内存管理的方式：malloc/calloc/realloc/free

这些函数是C语言中进行动态内存管理的，在之前的文章（020-C语言动态内存管理-CSDN博客）中有详细介绍，这里不再过多赘述。

3. C++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。

3.1 new/delete操作内置类型

#include <iostream>using namespace std;int main()
{// 申请一个int类型的空间int* p1 = new int;// 申请一个int类型的空间并将其初始化为123int* p2 = new int(123);// 申请10个连续的int类型的空间（int类型的数组）int* p3 = new int[10];// 释放空间delete p1;delete p2;// 注意，在释放申请的连续空间时，也就是new处使用了[]时，delete处也要使用[]delete[] p3;return 0;
}

重点注意：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。

3.2 new和delete操作自定义类型

class A
{
public:A(){cout << "A()" << endl;}~A(){cout << "~A()" << endl;}
};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));cout << "构造：";A* p2 = new A(); // 调用构造函数free(p1);cout << "析构：";delete p2; // 调用析构函数// 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;return 0;
}

在这里插入图片描述

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。

4. operator new与operator delete

4.1 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，如果应对措施用户设置了，则继续申请，否则抛异常。（关于抛异常，到后面的文章会讲到）
*/
void* __CRTDECL operator new(size_t size) _THROW1(_STD bad_alloc)
{// try to allocate size bytesvoid* 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_FINALLYreturn;
}
/*
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的应对措施，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。

5. new和delete的实现原理

5.1 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[]/delete[]申请和释放的是连续空间，而且new在申请空间失败时会抛异常，malloc会返回NULL。

5.2 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

6. 定位new表达式（placement-new）

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（构造函数的参数列表），如果是无参构造，那么**(initializer-list)**部分不用写。

class A
{
public:A(int a = 0, int b = 0) // 全缺省构造:_a(a),_b(b){}~A(){}
private:int _a;int _b;
};int main()
{A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));new(p1)A; // 这里是无参构造p1->~A(); // 因为free不会自动调用析构，所以这里手动调用析构free(p1);A* p2 = (A*)malloc(sizeof(A));new(p2)A(10, 20); // 这里是带参构造p2->~A();free(p2);return 0;
}