【c++】——类和对象(下) ——内存管理

作者:chlorine

专栏:c++专栏

目录

💻 C/C++内存分布

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

​编辑

💻C++内存管理方式

👉new/delete操作内置类型

👉new和delete操作自定义类型

💻operator new与operator delete函数(重要点进行讲解)

💻new和delete的实现原理

👉内置类型

👉 自定义类型

💻常见面试题

malloc/free和new/delete的区别


💻 C/C++内存分布

我们先来看一下下面的一段代码吧

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);
}

1. 选择题:
选项 : A.栈  B.堆  C.数据段(静态区)  D.代码段(常量区)
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_

上面的几个变量的位置在哪大家肯定很清楚,下面几个变量就有些难度了。

选项 : A.栈  B.堆  C.数据段(静态区)  D.代码段(常量区)

  • char2在哪里?__A__ * char2在哪里?_A__

字符串默认是常量字符串存储常量区,而char2是开辟的数组存储在栈区
将字符串拷贝给数组(数组是初始化)。但是我们要知道数组名是数组首元素的地址
char2是数组首元素的地址,对数组首元素的地址解引用是'a'不再常量区,而是栈区。因为字符串已经拷贝给数组,数组在栈区那么字符串就在常量区。所以这里是大家出错的地方,我一开始也选的是D,但是我们要知道字符串虽然存储在常量区,但是我们要给新开辟的数组初始化,就得给堆区的字符串拷贝给数组。

选项 : A.栈  B.堆  C.数据段(静态区)  D.代码段(常量区)

  • pChar3在哪里?_A_    * pChar3在哪里?_D__
  •  const char* pChar3 = "abcd";

pChar3是指针变量,存储在栈区,这是毋庸置疑的。字符串默认是常量字符串存储在常量区。pchar3是指向常量区"abcd\0"的地址,*pchar3是对常量区的"abcd\o"字符串解引用,找到字符串中a字符的,所以在字符串在哪*pchar就在哪。所以*pChar3存储在常量区。

选项 : A.栈  B.堆  C.数据段(静态区)  D.代码段(常量区)

  • ptr1在哪里?_A___ * ptr1在哪里?__B__
  •  int* ptr1 = (int*)malloc(sizeof(int) * 4);

ptr1是指针变量,在栈区,而表达式后面malloc其实是在堆上malloc个空间,*ptr1指向那块开辟的空间并对其解引用,找到那块空间,所以在*ptr1在堆区。


2. 填空题:

 int num1[10] = { 1, 2, 3, 4 };
 char char2[] = "abcd";

 const char* pChar3 = "abcd";

 int* ptr3 = (int*)realloc(ptr2, sizeof(int) * 4);


sizeof(num1) = _40___;
sizeof(char2) = _5___;      strlen(char2) = __4__;
sizeof(pChar3) = __4/8__;     strlen(pChar3) = _4/8___;    指针4/8字节
sizeof(ptr1) = _4/8___;

【说明】
  • 1. 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。
  • 2. 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。(Linux课程如果没学到这块,现在只需要了解一下)
  • 3. 用于程序运行时动态内存分配,堆是可以上增长的。
  • 4. 数据段--存储全局数据和静态数据。
  • 5. 代码段--可执行的代码/只读常量。

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

malloc 

calloc 

realloc 

free 


💻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

👉new/delete操作内置类型

voidTest()
{// 动态申请一个int类型的空间int*ptr4=new int;// 动态申请一个int类型的空间并初始化为10   int*ptr5=new int(10);// 动态申请10个int类型的空间int*ptr6=new int[10];delete ptr4;delete ptr5;delete[] ptr6;
}

如果我们想申请3个int类型的空间,并初始化1,2,3.

这样显然报错,给多个申请空间初始化,需要用{}来初始化。

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。


👉newdelete操作自定义类型

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;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

💻operator newoperator delete函数(重要点进行讲解)

new delete 是用户进行 动态内存申请和释放的操作符 operator new operator delete
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

💻newdelete的实现原理

👉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

💻常见面试题

malloc/free和new/delete的区别

  • 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

特性 + 用法(上面5点)

  • 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

别心急,任何事

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