C/C++动态内存管理—(new与malloc)

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1.C/C++内存分布

虚拟地址空间分布:

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由C/C++编译的程序占用的内存分为以下几个部分:

  • 栈区(stack)— 由编译器自动分配释放 ,存放为运行函数而分配的局部变量、函数参数、返回数据、返回地址等。其操作方式类似于数据结构中的栈。

  • 堆区(heap) — 一般由程序员分配释放, 若程序员不释放,程序结束 时可能由OS回收 。分配方式类似于链表。

  • 全局区(静态区)(static)—存放全局变量、静态数据、常量。程序结束后由系统释放。

  • 文字常量区 —常量字符串就是放在这里的。程序结束后由系统释放。

  • 程序代码区—存放函数体(类成员函数和全局函数)的二进制代码。

这里主要讲C/C++在堆上的动态分配方式。

2.C语言动态内存分配

  • 申请内存:
    malloc、calloc、realloc

  • 释放内存:
    free

 (1)malloc

void *malloc(unsigned int size)

开辟一块长度为size的连续内存空间,返回类型为void类型的指针。在使用malloc开辟一段空间时,void*要显示的转换为所需要的类型,如果开辟失败,则返回NULL指针。

(2)calloc

void* calloc (size_t num, size_t size)

开辟一块num个大小为size的连续空间,并将每一块空间初始化为0。

(3)realloc

void *realloc(void *ptr,size_t size)

将内存地址为ptr的一段空间的大小调整为size大小。

如果ptr这段空间后面有足够的空间,就直接追加上来
如果ptr后面的空间不足,则在堆上重新开辟一块合适大小的连续空间,将原有数据拷贝到新的内存空间中,释放掉原来的内存,最后返回的则是新地址。

(4)free

void free (void* ptr)

free函数是来释放动态开辟的内存的。
malloc和free要配套使用,如果没有free则会造成内存泄漏。

3.C语言动态内存代码示例

#include <stdio.h>int a = 0;    //a在全局已初始化数据区  
char *p1;     //p1在bss段(未初始化全局变量)  
int main()  
{int b;                   //b在栈区char s[] = "abc";        //s为数组变量,内容存储在栈区char *p1,p2;            //p1、p2在栈区char *p3 = "123456";     //123456\0是字符串常量,而p3在栈区  static int c = 0;//C为静态数据,存在于已初始化数据区,另外,静态数据会自动初始化p1 = (char*)malloc(10);  //分配得来的10个字节的区域在堆区p2 = (char*)malloc(20);  //分配得来的20个字节的区域在堆区free(p1);free(p2);return 0;
}

4.C++动态内存分配

  • 申请内存:
    new

  • 释放内存:
    delete

(1)new

new做的事:

  • 调用operator new分配空间

  • 调用构造函数初始化空间

//正确申请
Obj *objects = new Obj[100]; // 创建100个动态对象
//错误申请
Obj *objects = new Obj[100](1);// 创建100个动态对象的同时赋初值1

operator new

/*
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 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);
}

(2)delete

delete做的事:

  • 调用析构函数清理对象

  • 调用operator delete释放空间

// 正确的用法
delete []objects; 
// 错误的用法
delete objects; //相当于 delete objects[0],漏掉了另外 99 个对象。

operator delete

/*
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;
}

5.C++动态内存代码示例

int a = 0; //全局初始化区
char *p1; //全局未初始化区int main() 
{
int b; //栈
char s[] = /"abc/"; //栈
char *p2; //栈
char *p3 = /"123456/"; //123456//0在常量区,p3在栈上。
static int c =0;//全局(静态)初始化区
p1 = new char[10];
p2 = new char[20];
//分配得来得和字节的区域就在堆区。
}

6.new/delete和malloc/free的异同

  • 相同点:

    new、delete、malloc、free 都是从堆上开辟空间,并且需要用户手动释放。

  • 不同点:

    new和delete是操作符,malloc和free是函数。

    malloc申请空间不会进行初始化,new申请空间可以初始化。

    malloc申请空间失败返回NULL,new申请空间失败会抛出异常。

    针对自定义类型,new和delete会自动调用构造函数和析构函数处理。

  • 有了malloc/free为什么还要new/delete?

    new运算不需要进行强制类型转换,使用简单方便;

    new运算是通过调用构造函数初始化动态创建的对象,执行效率更高;

    使用new能够进行异常处理,使用更安全;

7.动态内存常见问题–内存泄露

  • 程序执行中依据须要分配通过malloc / calloc / realloc / new等从堆中分配的一块内存,用完后必须通过调用相应的 free或者delete 删掉。假设程序的设计错误导致这部分内存没有被释放,那么以后这部分空间将无法再被使用,就会产生堆内存泄漏。

  • 假设程序的设计错误导致这部分内存没有被释放,那么以后这部分空间将无法再被使用,就会产生Heap Leak。

(1)内存泄漏有什么危害?

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。

(2)如何避免内存泄漏?

工程前期良好的设计规范,养成良好的编码规范,申请的内存空间记着匹配的去释放.采用RAII思想或者智能指针来管理资源。使用内存泄漏工具检测。

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