【C++】---内存管理new和delete详解

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一、C/C++内存分布

C/C++内存被分为6个区域:
(1) 内核空间:存放内核代码和环境变量。

(2)栈区:向下增长存放非静态局部变量,函数参数,返回值等等

(3)内存映射段:文件映射,匿名映射,动态库。

(4)堆区:向上增长用于程序运行时动态内存的分配

(5)数据段:也叫,静态区/全局域,(存放全局变量和静态变量

(6)代码段:也叫常量区(存放可读代码和只读常量)

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看看下面代码的例题:

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?____ staticGlobalVar在哪里?____
    staticVar在哪里?____ localVar在哪里?____
    num1 在哪里?____

    char2在哪里?____ *char2在哪里?___
    pChar3在哪里?____ *pChar3在哪里?____
    ptr1在哪里?____ *ptr1在哪里?____

  2. 填空题:
    sizeof(num1) = ____;
    sizeof(char2) = ____; strlen(char2) = ____;
    sizeof(pChar3) = ____; strlen(pChar3) = ____;
    sizeof(ptr1) = ____;

    1. sizeof 和 strlen 区别?

1.C C C A A
2. A A A D A B
3.40 5 4 4或8 4 4或8

3.sizeof和strlen的区别:
(1)char ch2[ ]=“abcd”; // sizeof(ch2)=5 (因为末尾还有一个’\0’)
// strlen(ch2)=4 (因为strlen其他都不管,遇到’\0’就结束,‘\0’不计入
(2)sizeof()内部要看变量是否为指针,若是指针==4/8
strlen不看变量是否为指针,只看’\0’ ,遇到’\0’结束为止!!!

4.对char2,pchar3,ptr1的解释:
(1)字符串存在于常量区,当拿来初始化char2的时候,char2会在栈区开辟一个空间,然后再把字符串拷贝给char2,char2就在栈区。

(2)char2是数组名,对地址解引用,*char2仍然在栈区!

(3) 被const的修饰变量不一定在常量区,有可能const修饰的是常变量,存放在栈区!

(4)pchar3是在栈上的指针变量,*pchar3=='‘abcd\0’'是:指向的字符串“abcd\0”存放在常量区

(5)ptr1是在栈上的指针变量,ptr1由于是由malloc出来的,所以ptr1指向的空间(即:*ptr1)在堆区

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二、C/C++使用new和delete的原因

new和delete是C++向内存申请空间和释放空间的操作符, C++为什么要使用new和delete?

1.C语言使用malloc、calloc、realloc、free管理的不便之处在于:

(1)需要手动申请空间,手动计算申请的字节大小。

(2)对返回值void*需要进行强转,否则无法进行解引用。

(3)内存申请是否成功还需要进行判断。

(4)需要include头文件<stdlib.h>

2.new和delete对自定义类型也会进行处理:

(1)new会调用构造函数对类对象进行初始化

(2)delete会调用析构函数进行资源清理

三、C++动态管理内存的方式

1.new和delete

(1)new/delete和malloc/free对内置类型的操作没有区别
注意:
①申请和释放单个空间,需要用new和delete。
②申请和释放多个空间,需要用new [ ]和delete [ ]

(2)new的特点:

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <iostream>
using namespace std;int main()
{// 1.C语言申请空间int* p0 = (int*)malloc(sizeof(int) * 4);if (p0 == NULL){perror("malloc fail");return 1;}free(p0);// 2.new 1个int整型的元素int* p1 = new int;delete p1;// 3.new 10个int整型元素,(即:数组)int* p2 = new int[10];// 申请的时候为:new[ ] ,释放的时候,必须要用delete[ ] delete[] p2;// 4.可以控制初始化int* p3 = new int(10); // new一个int整型 并且初始化为10delete p3;// 5.new失败后会抛异常,不必手动检查
}

C++11开始支持new初始化数组:
如果没有初始化到的,默认为0

int* p4 = new int[10] {1, 2, 3, 4, 5};
delete[] p4;

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(3)new/delete和malloc/free对自定义类型的操作有区别:

①malloc/free对自定义类型的操作只会开空间/释放空间

②new操作自定义类型会开空间+构造函数初始化,delete操作自定义类型会调用析构函数清理+释放空间

class ListNode
{
public:ListNode* _prev;ListNode* _next;int _val ;ListNode():_prev(nullptr),_next(nullptr),_val(0){cout << "this _val=" << _val << endl;}~ListNode(){cout << "~ListNode()" << endl;}
};int main()
{ListNode* p1 = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode) * 4);ListNode* p2 = new ListNode;free(p1);delete(p2);return 0;
}

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当程序走完第94行之后,那么p2里面的值都被初始化了。然而对于93行malloc出来的值都是随机值。从调试的界面可以看出,它也调用了构造函数,所以打印出:this _val=0

这就是new和malloc的区别,new对自定义类型会调用构造函数(delete会调用析构函数),对对象进行初始化和空间清理,而C语言之前的malloc和free不会这样做,他们只会开辟空间和释放空间。

2.operator new和operator delete

(1)定义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,(operator new是对malloc的封装),delete在底层通过operator delete全局函数来释放空间,(operator delete是对free的封装)它们不是new和delete的重载。
(2)与malloc区别:operator new、operator delete的用法和malloc、free的用法是一样的,功能都是在堆上申请释放空间,但是失败了的处理方式不一样,malloc失败返回NULL,operator new失败以后抛异常。
使用new为自定义类型ListNode申请空间并初始化:new会调用operator new函数和构造函数,operator new会调用malloc和失败抛异常机制,因此new和operator new申请失败都会抛异常:
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从上图可以看出,new并不直接调用 malloc,而是调用了operator new,因为operator new被封装了,malloc申请失败直接报返回值,但operator new申请失败会抛异常

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总结:
对于自定义类型来说:(只有自定义类型才有构造和析构,内置类型不存在的)
(1)new—>operator new<—>malloc+构造函数
(2)delete—>析构函数+operator delete<—>free 注意两者的顺序不同

3.总结

malloc/free和new/delete总结:
(1)malloc/free是函数,new/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申请的空间需要手动计算并传递过去,而new只需要在后面跟上空间类型即可。

(4)new不需要强转,而malloc需要

(5)malloc申请空间之后需要判断是否申请失败,new不需要,但是new需要捕获异常

(6)申请自定义类型对象时,malloc/free只会开辟空间,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。

五、内存泄漏

1.定义:内存泄漏的概念:一块已经不用的空间,没有释放

2.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。

3.有关内存泄漏的例题

class A
{
public:A(){cout << "A()" << endl;}~A(){cout << "~A()" << endl;}
};int main()
{A* a = new A[5];//delete a;  内存泄漏,只释放了1次delete[] a;return 0;
}

关键点:(记住:一定要匹配使用,如若违背结果将不确定!)

new—>delete
new[ ] —>delete[ ]
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