C++:内存管理-海口c网

一.深入理解C/C++的内存分布

以上是一张C/C++ 程序内存分区示意图：

栈区

存放内容：局部变量（如函数内部定义的普通变量 int a = 10; ）、函数的形式参数。其特点是由编译器自动分配和释放，遵循先进后出原则，生命周期与函数调用相关，函数调用时分配内存，函数返回时释放内存。

堆区

存放内容：通过动态内存分配（如C语言中的 malloc 、C++ 中的 new 操作符）获取的内存空间。例如 int* ptr = new int[10]; ，这10个 int 大小的内存空间就在堆区。堆区内存由程序员手动分配和释放，若不释放会造成内存泄漏。

静态区

存放内容：全局变量（在函数外部定义的变量）和静态变量（用 static 修饰的变量，包括静态全局变量和静态局部变量，如 static int b = 20; ）。静态区的变量在程序加载时分配内存，程序结束时释放内存，生命周期贯穿整个程序运行过程。

练习：

以下是针对代码中各变量存储位置的解析：

1. globalVar

- 解析： globalVar 是全局变量。全局变量在程序启动时就会被分配内存，存储在数据段（静态区）。数据段用于存放已初始化的全局变量和静态变量，其生命周期贯穿整个程序运行过程。

- 答案：C. 数据段(静态区)

2. staticGlobalVar

- 解析： staticGlobalVar 是静态全局变量。静态全局变量同样在程序启动时分配内存，并且存储在数据段（静态区）。静态全局变量的作用域仅限于定义它的源文件，但其存储特性和全局变量类似，都是在静态存储区域。

- 答案：C. 数据段(静态区)

3. staticVar

- 解析： staticVar 是函数 Test 中的静态局部变量。虽然它是在函数内部定义，但是由于 static 修饰，它的存储位置不是在栈上，而是在数据段（静态区）。静态局部变量在程序初始化时分配内存，并且在程序运行期间一直存在，其值可以在多次函数调用间保持。

- 答案：C. 数据段(静态区)

4. localVar

- 解析： localVar 是函数 Test 中的普通局部变量。普通局部变量在函数被调用时在栈上分配内存，当函数执行结束返回时，栈上为该变量分配的内存会被自动释放。栈的操作遵循后进先出（LIFO）原则。

- 答案：A. 栈

5. num1

- 解析： num1 是函数 Test 中定义的数组，属于局部变量数组。和普通局部变量一样，它在函数调用时在栈上分配内存空间来存储数组元素。当函数返回时，栈上为该数组分配的空间被释放。

- 答案：A. 栈

6. char2

- 解析： char2 是函数 Test 中的字符数组，也是局部变量。所以它在栈上分配内存来存储字符元素。在函数调用时栈为其分配空间，函数结束时空间被释放。

- 答案：A. 栈

7. *char2

- 解析： char2 是栈上的字符数组， *char2 表示访问数组的第一个元素，数组整体在栈上，所以其元素也在栈上。

- 答案：A. 栈

8. pChar3

- 解析： pChar3 是函数 Test 中的指针变量，它是局部变量。局部变量存储在栈上，所以指针变量 pChar3 本身存储在栈上，它存储的是所指向字符串常量的地址。

- 答案：A. 栈

9. *pChar3

- 解析： pChar3 指向的是字符串常量 "abcd" ，字符串常量存储在代码段（常量区）。所以通过指针 pChar3 访问到的内容（即 *pChar3 ）在代码段（常量区）。

- 答案：D. 代码段(常量区)

10. ptr1

- 解析： ptr1 是函数 Test 中的指针变量，它是局部变量。局部变量存储在栈上，所以指针变量 ptr1 本身存储在栈上，它记录的是通过 malloc 在堆上分配内存的地址。

- 答案：A. 栈

11. *ptr1

- 解析： ptr1 是通过 malloc 函数在堆上分配内存后得到的指针。 *ptr1 表示通过 ptr1 指针访问其所指向的内存区域，这块内存区域是在堆上分配的，所以 *ptr1 指向的内容在堆上。

- 答案：B. 堆

二.C语言的动态内存管理

1. 区别：

①malloc ：按指定字节数分配未初始化内存。

②calloc ：按指定数量和单个大小分配内存，且初始化为0。

③realloc ：调整已有内存块大小，可能移动内存位置。

2.是否需 free(p2) ：

不需要。 realloc 若重新分配会自动释放 p2 指向内存，若在原地址扩展， p2 和 p3 指向同块内存，只需 free(p3) 。

三.C++动态内存管理

C 语言借助 malloc 、 calloc 、 realloc 及 free 等函数管理内存。在 C++ 里，这些方式虽仍可使用，但存在局限且操作繁琐。鉴于此，C++ 推出 new 和 delete 操作符用于动态内存管理。它们能自动适配类型，还会调用构造与析构函数，让对象的创建与释放更便捷、安全。

1.new/delete操作内置类型

以上代码展示：

①. new 操作：

- 单个对象（如 new int 、 new int(3) ）：在堆上分配单个内置类型（ int ）空间，带括号可直接初始化值。

- 数组（如 new int[10] {1,2,…} ）：分配连续内置类型数组空间，支持列表初始化，未显式初始化元素用默认值（ int 为 0 ）。

②. delete 操作：

- 单个对象（ delete ）：匹配 new 分配的单个对象，释放对应堆空间。

- 数组（ delete[] ）：匹配 new[] 分配的数组，逐个释放数组元素空间，需严格与 new[] 配对，保障内存正确释放。

对内置类型的操作malloc/new，new/delete作用基本相同

2.new/delete操作内置类型

在 C++ 里， new / delete 操作自定义类型（如类 A ）时，与 malloc / free 有本质差异，核心在构造、析构函数的处理。

用 new 创建自定义对象（如 A* p2 = new A(1); ），会先在堆上开辟存对象的空间，再自动调用构造函数（如 A(int a = 0) ）。构造函数初始化成员（给 _a 赋值），执行创建逻辑，让对象合法可用，完成“从无到合规”的过程。

delete 操作对象（如 delete p2; ）时，先调用析构函数（ ~A() ）。析构函数清理资源（类 A 虽简单，若有动态内存等，就负责释放），收尾后释放 new 开辟的堆空间，保障资源回收，避免泄漏。

而 malloc （如 A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A)); ）仅申请堆内存，不调构造函数，成员可能未初始化，对象创建不完整； free(p1) 只释内存，不调析构函数，若对象持资源（文件句柄等），会引发泄漏。

所以，对自定义类型， new / delete 借构造、析构自动调用，完善对象生命周期管理，是 C++ 面向对象内存管理关键，让自定义类型使用更安全规范。

四.operator new与operator delete

以下从概念层面，脱离代码解析 operator new  和 operator delete ：

1、本质定位

operator new  与 operator delete  是 C++ 内存管理的底层基石函数。

- operator new  专职负责“从系统获取原始内存块”，只做内存分配，不关心对象构造逻辑；
- operator delete  专职负责“回收原始内存块”，只做内存释放，不涉及对象析构逻辑。

2、与 new / delete  运算符的协作

- new  运算符：创建对象时，先调用 operator new  拿到内存，再自动触发构造函数，完成对象初始化（把“原始内存”变成“可用对象” ）。
- delete  运算符：销毁对象时，先调用析构函数清理对象资源，再调用 operator delete  归还内存（把“对象”还原为“原始内存”并释放）。
二者配合，让 new / delete  能完整管控对象“创建 - 使用 - 销毁”的生命周期。

3、与 malloc / free  的关联

- 默认行为：标准库中， operator new  内部默认调用 malloc  实际分配内存； operator delete  内部默认调用 free  释放内存，是 C++ 对 C 内存管理的兼容。
- 自定义拓展：可重写 operator new / operator delete ，脱离 malloc / free 。比如让内存从自定义内存池分配、添加内存统计/调试功能，灵活适配复杂需求。

4、重载与定制能力

- 全局重载：重写全局的 operator new / operator delete ，会改变整个程序的内存分配规则，所有 new / delete  都会受影响。
- 类专属重载：只为特定类定制，让该类对象的 new / delete  走专属逻辑（如特殊内存策略），不干扰其他类。

6、异常与安全（了解）

- operator new ：默认分配失败抛 std::bad_alloc  异常；也可选“不抛异常”模式，失败返回 nullptr ，方便不同场景容错。
- operator delete ：释放逻辑简单，默认不抛异常，但传入无效指针（如野指针）会触发未定义行为，需调用者保证指针合法性。

简言之， operator new / operator delete  是 C++ 内存管理的“底层通道”，向上支撑 new / delete  运算符的对象完整生命周期管理，向下兼容 C 的 malloc / free ，还能通过自定义满足多样化内存需求，是理解 C++ 内存机制的关键环节。