C++下的内存管理

文章目录

内存分布
C语言中动态内存管理方法
C++内存管理
- new/delete操作内置类型
- new和delete操作自定义类型
- operator new 和 operator delete
- new和delete的实现原理
- 定位new表达式
malloc/free和new/delete的区别
内存泄漏

内存分布

栈：又叫做堆栈–非静态局部变量/函数参数/返回值等，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。用户可以使用系统接口创建共享内存，做进程间通信。
堆：用于程序运行时内存分配，堆是可以向上增长的。
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

C语言中动态内存管理方法

malloc
calloc
realloc
free

C++内存管理

C++除了继承了C语言的动态内存管理方式，还提出了自己的内存管理方式：new和delete。

new/delete操作内置类型

申请和释放单个元素空间

//申请一个int类型的空间，空间大小为4
int* t1 = new int;//申请一个int类型的空间，空间大小为4，初始化为10
int* t2 = new int(10);//销毁一个int类型的单个元素的空间
delete t1;
delete t2;

申请和释放连续元素空间

//申请一个int类型的空间，空间大小为4*10
int* t3 = new int[10];//申请一个int类型的空间，空间大小为4*10，并且进行初始化
//前三个元素空间初始化为1，2，3，后面的全面初始化为0
int* t4 = new int[10]{1,2,3};//销毁连续元素空间
delete t3[];
delete t4[];

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[]

new和delete操作自定义类型

malloc不方便解决动态申请的自定义类型对象的初始化问题。

calss A
{
public:A(int a = 0): _a(a);{}~A(){}private:int _a;
}

单个空间开辟

int main()
{//创建一个A类型的对象，为这个对象开辟一块空间//malloc 只是开辟了空间A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));//new 在开辟空间的同时进行了调用构造函数，进行了初始化A* p2 = new A(1);free(p1);delete p2;return 0;
}

多个

int main()
{A aa1(1);A aa2(2);A aa3(3);A* p3 = new A[3]{aa1,aa2,aa3};A* p4 = new A[3]{A(1),A(2),A(3)};A* p5 = new A[3]{1,2,3};delete[] p3;delete[] p4;delete[] p5;return 0;
}

总结

new的本质：开空间+调用构造函数初始化
- 开空间
- 调用构造函数
  - 存在默认构造调用默认构造，没有默认构造报错，可以显式的调用构造。
delete的本质：调用析构函数+释放空间

new失败的时候会抛出异常

内置类型的空间申请和释放，new和malloc除了用法上没有区别，只有在自定义类型上有区别。

异常捕获

try
{}
catch
{}

operator new 和 operator delete

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：该函数的底层实际上是通过malloc来申请空间，当malloc申请空间成功的时候直接返回，申请空间失败的时候，尝试执行空间不足应对措施，如果该应对措施用户设置了，则继续申请，否则抛出异常。
operator delete：该函数是通过free来释放空间的。
c语言单纯的malloc和free对异常的处理不符合实际的需求，所以对c语言进行了封装，产生了operator new和operator delete函数。

new和delete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基本上相似，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在申请空间时会抛出异常，malloc会返回null。

自定义类型

new的原理
- 调用operator new函数申请空间
- 在申请的空间上执行构造函数，完成对象的构造
delete的原理
- 在空间上执行析构函数，完成对象中资源的清理工作
- 调用operator delete函数释放对象的孔吉纳
new[N]的原理
- 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
- 在申请的空间上执行N次构造函数
delete[]的原理
- 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
- 调用·operator delete[]释放空间，实际在·operator delete[]中调用operator delete来释放空间
melloc/free和new/delete和new[]/delete[]一定要配对使用。
构造函数不可以直接显式调用，但是可以通过定位new显式调用
析构函数可以显式调用

定位new表达式

定位new表达式是在已经分配的原始内存空间中调用构造函数初始化一个对象。

格式

n(place_address)type或者new(place_address)type(initializer-list)new(p1)A(10);

place_address必须是一个指针，initalizer-list是类型的初始化列表。

使用场景
定位new表达式在实际中一般是配合内存池使用，因为内存池分配出的内存没有初始化，所以如果是自定义类型的对象，需要使用new的定义表达式进行显式调构造函数进行初始化。

malloc/free和new/delete的区别

malloc/free和new/delete的共同点：都是堆上申请空间，并且需要用户手动释放。不同的地方是：

malloc和free是函数，new和delete是操作符。
malloc申请的空间不会初始化，new可以初始化。
malloc申请空间时，需要手动计算空间大小并且进行传递，new只需要在其后面跟上空间的类型即可。如果存在多个对象，[]中指定对象个数即可。
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。
malloc申请空间失败的时候，返程的是NULL，因此使用时必须判空，new不需要，但是new需要捕获异常
申请自定义类型对象的时候，malloc/free之后开辟空间，不会调用构造函数和析构函数。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。

内存泄漏

概念

内存泄漏：
内存泄漏是指因为疏忽或者错误做成程序未能释放已经不再使用的内存的清空，内存泄漏并不是指内存在物理上的小时，而是应用程序分配某段内存后，因为设计错误，失去了对该段内存的控制，因而造成了内存的浪费。
内存泄漏的危害
长期运行的程序出现内存泄露，影响很大，如操作系统、后台服务等，出现内存泄漏会导致响应越来越慢，最终卡死。

分类
C/C++程序中一般关心两种内存泄漏：

堆内存泄漏（Heap leak）
堆内存指的是程序执行中一句需要分配通过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的内存将无法再被使用，就会产生Heap Leak。
系统资源泄漏
指程序使用系统分配的资源，比如文件描述符、管道等没有使用对应的函数释放掉，导致系统资源的浪费，严重可能导致系统效能减少，系统执行不稳定。

避免内存泄漏