C++第七弹 -- C/C++内存管理

目录

  • 前言
  • 一. C/C++内存分布
  • 二. C语言中动态内存管理方式
  • 三. C++中动态内存管理
  • 四. operator new与operator delete函数
  • 五. new和delete的实现原理
    • 1.内置类型
    • 2. 自定义类型
  • 六. 定位new表达式(placement-new)
  • 七. 常见面试题
  • 总结

前言

在C/C++编程中,内存管理是至关重要的一个环节。程序员需要合理地分配和释放内存,以确保程序能够正常运行,避免内存泄漏和崩溃。本文将深入探讨C/C++内存管理机制,从内存分布、动态内存管理方式、new和delete的实现原理到定位new表达式,以及malloc/free和new/delete的区别,全面解析C/C++内存管理的方方面面。

更多文章, 点击关注博客主页 酷酷学!!!


正文开始

一. C/C++内存分布

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?____CstaticVar在哪里?____C   localVar在哪里?____Anum1 在哪里?____Achar2在哪里?____A   *char2在哪里?___ApChar3在哪里?____A      *pChar3在哪里?____Dptr1在哪里?____ A       *ptr1在哪里?____B
2. 填空题:sizeof(num1) = ____;40sizeof(char2) = ____;5      strlen(char2) = ____;4sizeof(pChar3) = ____;4     strlen(pChar3) = ____;4sizeof(ptr1) = ____;4
3. sizeof 和 strlen 区别?

char2会在栈中存储, 而*char2内字符串在常量区, 但是因为是使用数组,所以会将abcd\0从常量区拷贝一份到栈区的数组

在这里插入图片描述
sizeof 和 strlen 区别?

  1. 定义和类型
    sizeof:是一种运算符,用于计算对象或类型所占的空间大小(以字节为单位)。它在编译时就已经确定了值,并将结果在编译时嵌入到程序中。在头文件中,sizeof 通常被 typedef 为 unsigned int。
    strlen:是一种函数,用于计算字符串的长度,即字符串中字符的数量(不包括结束符 \0)。它定义在 <string.h> 头文件中,其原型为 size_t strlen(const char* str);。strlen 在运行时才能计算字符串的长度。
  2. 用法
    sizeof:
    可以用于基本数据类型(如 int、float 等)。
    可以用于数组、指针、结构体、联合等复合数据类型。
    可以直接作用于变量名或类型名,而不需要变量名或类型名被括号括起来(但使用括号可以提高代码的可读性)。
    对于指针,sizeof 返回的是指针本身的大小,而不是指针所指向的内存区域的大小。
    strlen:
    只能用于字符型指针(char*),且该指针必须指向以 \0 结尾的字符串。
    strlen 的参数必须是字符串的起始地址。
  3. 功能和结果
    sizeof:
    返回的是对象或类型所占的空间大小,单位是字节。
    对于数组,sizeof 返回的是整个数组所占的空间大小,包括所有元素和末尾的 \0(如果数组是字符数组的话)。
    对于指针,sizeof 返回的是指针本身的大小,与指针所指向的数据类型无关。
    strlen:
    返回的是字符串中字符的数量,不包括结束符 \0。
    如果传入的指针不是以 \0 结尾的,strlen 会继续读取内存直到遇到 \0 为止,这可能会导致越界访问。

在这里插入图片描述

【说明】

  1. 栈又叫堆栈–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. 堆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。

二. C语言中动态内存管理方式

malloc/calloc/realloc/free

void Test ()
{int* p1 = (int*) malloc(sizeof(int));free(p1);// 1.malloc/calloc/realloc的区别是什么?int* p2 = (int*)calloc(4, sizeof (int));int* p3 = (int*)realloc(p2, sizeof(int)*10);// 这里需要free(p2)吗?free(p3 );
//不需要,如果realloc成功, 会在p2的基础上进行扩容, 返回的是p2
//如果扩容失败,realloc会自动释放p2的空间,然后再重新找一块更大的空间,然后返回这块空间的地址.
}

malloc/calloc/realloc的区别?

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
3. 使用场景
malloc:适用于需要动态分配内存,但不需要初始化内存内容的场景。
calloc:适用于需要动态分配内存,并且希望内存内容初始化为0的场景。calloc的初始化特性使得它在分配内存后无需再进行额外的初始化操作。
realloc:适用于已分配的内存块大小不足以满足当前需求,或者分配了过大的内存块需要缩减的场景。realloc能够调整内存块的大小,同时尽可能保留原内存块中的数据。
4. 注意事项
使用malloc、calloc和realloc分配的内存都必须通过free函数来释放,以避免内存泄漏。
realloc在调整内存块大小时,如果成功则返回新的内存块地址(可能与原地址相同),如果失败则返回NULL,但原内存块仍然保持有效。因此,在使用realloc时,通常需要用一个临时指针来接收realloc的返回值,并在检查返回值后再决定是否更新原指针。
calloc分配的内存块会被初始化为0,这可能会带来一些额外的性能开销。如果不需要初始化内存内容,使用malloc可能更加高效。

三. C++中动态内存管理

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。

对于内置类型

int main()
{//对于内置类型,除了用法方便,和malloc没什么区别int* p1 = new int;int* p2 = new int[10];//默认不初始化, 但是可以初始化int* p3 = new int(10);//初始化为10int* p4 = new int[10] {1, 2, 3, 4};delete p1;delete[] p2;return 0;
}

在这里插入图片描述

对于自定义类型

class A
{
public:A(int a = 0):_a(a){cout << "A(int a)" << endl;}A(int a1, int a2){cout << "A(int a1, int a2)" << endl;}A(const A& aa):_a(aa._a){cout << "A(const A& aa)" << endl;}A& operator=(const A& aa){cout << "A& operator=(const A& aa)" << endl;if (this != &aa){_a = aa._a;}return *this;}~A(){cout << "~A()" << endl;}
private:int _a;
};int main()
{//对于自定义类型, new能够调用构造初始化,malloc不在适用//A* p1 = new A;//A* p2 = new A(2);//传参构造//delete p1;//会调用析构函数//delete p2;A* p1 = new A[10];//连续申请10个空间//会调用十次默认构造//不想调用默认构造,下面是拷贝构造A aa1(1);A aa2(2);A aa3(3);A* p2 = new A[10]{ aa1,aa2,aa3 };A* p3 = new A[10]{ 1,2,3,4,{6,7} };//也可以直接写,进行隐式类型转化delete p1;delete p2;delete p3;
}

这里使用new进行内存开辟, 会自动调用它的构造函数, 使用delete也会自动调用它的析构函数

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

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。

 //结论:不要错配使用,一定匹配使用,否则结果是不确定
int main()
{//对于自定义类型,delete[]需要保存需要析构的次数// 所以会多开辟四个字节进行存储析构的次数// 然后释放空间的时候会-4释放掉多开辟的空间// 而delete和free不会,所以会报错 //A* p1 = new A;A* p2 = new A[10];  //44 or 40delete[] p2;delete p2;free(p2);//对于内置类型无影响int* p3 = new int[10];  //40//free(p3);return 0;
}

在这里插入图片描述

四. operator new与operator delete函数

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);
}
/*
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;
}
/*
free的实现
*/
#define   free(p)               _free_dbg(p, _NORMAL_BLOCK)

通过上述两个全局函数的实现知道,operator new 实际也是通过malloc来申请空间,如果
malloc申请空间成功就直接返回,否则执行用户提供的空间不足应对措施,如果用户提供该措施
就继续申请,否则就抛异常。operator delete 最终是通过free来释放空间的。

五. new和delete的实现原理

1.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。

2. 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

六. 定位new表达式(placement-new)

定位new表达式是在已分配的原始内存空间中调用构造函数初始化一个对象。

使用格式:
new (place_address) type或者new (place_address) type(initializer-list)
place_address必须是一个指针,initializer-list是类型的初始化列表

举个例子:

不通过new进行申请, 使用operator new, 跟malloc的用法一致, 只是前者会抛异常, 后者返回NULL, 那我们需要手动调用构造函数, 但是p1->A()这样写编译器不支持, 所以就需要用到定位new, 用法new(p1)A, 定位某个地址,进行调用其构造函数, 对于析构函数, 可以直接p1->~A()调用.

int main()
{//A* p1 = new A;//不想通过new进行申请,使用operator new需要手动调用构造函数A* p1 = (A*)operator new(sizeof(A));//p1->A(); // 编译器不支持这样显示调用构造//new(p1)A;  // 对已有空间,显示调用构造new(p1)A(10);  // 对已有空间,显示调用构造//后面回学到的内存池调用//A* p1 = pool.alloc(sizeof(A));//new(p1)A(10);  // 对已有空间,显示调用构造// delete p1p1->~A();//析构编译器支持operator delete(p1);// new []A* p2 = (A*)operator new[](sizeof(A)*10);//new(p2)A[10]{1,2,3,4};  // 对已有空间,显示调用构造for (int i = 0; i < 10; ++i)new(p2 + i)A(i);// delete[]for (int i = 0; i < 10; i++){(p2 + i)->~A();}operator delete[](p2);return 0;
}

七. 常见面试题

malloc/free和new/delete的区别

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

  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
  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

总结

本文深入探讨了C/C++内存管理机制,从内存分布、动态内存管理方式、new和delete的实现原理到定位new表达式,以及malloc/free和new/delete的区别,全面解析了C/C++内存管理的方方面面。

理解C/C++内存管理机制对于编写高效、安全的代码至关重要。掌握本文所述内容,能够帮助你更好地理解程序运行时的内存分配和释放过程,避免内存泄漏、越界访问等问题,进而提升代码质量。

希望本文能够对你有所帮助,如果你有任何疑问,欢迎在评论区留言讨论。


本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.mzph.cn/pingmian/46749.shtml

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈email:809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

超详细Midjourney国际版注册使用全流程

众所周知&#xff0c;目前Midjourney AI绘画的国内版本有很多种&#xff0c;甚至微信、浏览器插件等都有&#xff0c;眼花缭乱&#xff0c;使用门槛低&#xff0c;无需特殊网络手段即可访问使用。 不过&#xff0c;根据一些用户的反馈&#xff0c;尽管国内的那些版本在注册和充…

软件测试——测试用例

工作职责&#xff1a; 1.负责产品系统测试&#xff0c;包括功能测试、性能测试、稳定性测试、用户场景测试、可靠性测试等。 2.负责测试相关文档的编写&#xff0c;包括测试计划、测试用例、测试报告等。 3.负责自动化测试框架、用例的维护。 岗位要求&#xff1a; 1.熟练…

人工智能与伦理挑战:多维度应对策略

人工智能技术近年来取得了迅猛发展&#xff0c;广泛应用于医疗诊断、金融分析、教育辅助、自动驾驶等各个领域&#xff0c;极大地提升了生产效率和服务质量&#xff0c;推动了科技进步和商业创新。然而&#xff0c;伴随其普及和应用的泛滥&#xff0c;AI也带来了数据隐私侵犯、…

C#知识|账号管理系统:添加账号的功能笔记

哈喽,你好啊,我是雷工! 本节记录账号管理系统中添加账号的逻辑过程,以下为学习笔记。 01 实现内容 ①:实现当点击【保存到数据库】按钮时,将账号名称、原创篇数、账号简介、账号类型显示的内容存储到LGAccountManagerDB数据库的Account表中; ②:实现点击【保存到数据库…

如何用Claude 3 Sonnet Artifacts实现对数据文件的可视化分析?

如何用Claude 3 Sonnet Artifacts实现对数据文件的可视化分析&#xff1f; Prompt模板&#xff1a; Initial Request: 初始请求&#xff1a; I have uploaded data of the number of Software Engineering Jobs in the US since May 2020. I need different visual creative…

实验二:图像灰度修正

目录 一、实验目的 二、实验原理 三、实验内容 四、源程序和结果 源程序(python): 结果: 五、结果分析 一、实验目的 掌握常用的图像灰度级修正方法,包括图象的线性和非线性灰度点运算和直方图均衡化法,加深对灰度直方图的理解。掌握对比度增强、直方图增强的原理,…

WebSocket实现群聊功能、房间隔离

引用WebSocket相关依赖 <dependency><groupId>javax.websocket</groupId><artifactId>javax.websocket-api</artifactId><version>1.1</version></dependency><dependency><groupId>org.springframework</grou…

mac电脑pdf合并,macpdf合并成一个pdf

在数字化办公和学习的今天&#xff0c;pdf文件因其跨平台兼容性强、格式稳定而成为了最受欢迎的文档格式之一。但随之而来的问题也接踵而至&#xff0c;如何将多个pdf文件合并为一个&#xff1f;这不仅关系到文档的整洁性&#xff0c;更是时间管理的重要环节。今天&#xff0c;…

股指期货如何交易?有哪些交易策略和操作技巧?

股指期货交易提供了多种策略和技巧&#xff0c;以适应不同的市场情况和投资者需求。以下是对股指期货交易的一些基本策略和操作技巧的介绍。 1.卖出股指期货套期保值 对于那些已经持有或预计将持有股票的投资者&#xff0c;如果对未来市场走势不确定或预期市场将下跌&#xf…

PostgreSQL安装/卸载(CentOS、Windows)

说明&#xff1a;PostgreSQL与MySQL一样&#xff0c;是一款开源免费的数据库技术&#xff0c;官方口号&#xff1a;The World’s Most Advanced Open Source Relational Database.&#xff08;世界上最先进的开源关系数据库&#xff09;&#xff0c;本文介绍如何在Windows、Cen…

windows下pip修改镜像地址

不修改镜像地址安装时候就会很慢 永久修改 pip config set global.index-url https://mirrors.aliyun.com/pypi/simple/ 清华大学源&#xff1a;https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple/ 豆瓣源 &#xff1a;http://pypi.douban.com/simple/ 腾讯源&#xff1a;http://mir…

【C++ Primer Plus】学习笔记 2

文章目录 前言一、简单变量1. 变量名2. 整型2.1 整型类型2.2 无符号类型2.3 char 类型2.4 signed char 和unsigned char2.5 bool类型 3.浮点数4.类型转换 总结 前言 该系列文章请点击专栏查看 一、简单变量 1. 变量名 C提倡使用有一定含义的变量名&#xff0c;必须遵循几种简…

ai绘画软件哪个好用?这5个工具值得尝试

这段时间云南上亿只蝴蝶翩翩起舞&#xff0c;仿佛大自然最绚烂的画布&#xff0c;不禁让人思考&#xff0c;若能将这份灵动与色彩完美捕捉于画布之上&#xff0c;该是多么奇妙的事。 幸运的是&#xff0c;现在无需远行&#xff0c;无需等待&#xff0c;只需一些创意&#xff0…

【笔记-MyBatis】StatementHandler

Author&#xff1a;赵志乾 Date&#xff1a;2024-07-15 Declaration&#xff1a;All Right Reserved&#xff01;&#xff01;&#xff01; 1. 简介 StatementHandler封装了对JDBC各类Statement的操作&#xff0c;如设置fetchSize属性、设置查询超时时间、与数据库进行交互等&…

【JS红宝书学习笔记】第25章 客户端存储

第25章 客户端存储 Cookie HTTP是无状态的&#xff0c;也就是说&#xff0c;你这次访问服务器&#xff0c;关闭后再次访问服务器&#xff0c;服务器是意识不到又是你来访问的。 登录时&#xff0c;浏览器需要帮我们在每一次请求里加入用户名和密码&#xff0c;这样才能做到保…

Supervised Contrastive Learning

paperhttps://arxiv.org/abs/2004.11362githubhttps://github.com/HobbitLong/SupContrast个人博客位置http://myhz0606.com/article/SupCon 1 Motivation 经典的自监督对比学习方法以instance discrimination作为pretext task。在这种方法中&#xff0c;会对batch的图片进行…

【书生大模型实战】L0-Git 基础知识

一、关卡任务 任务1: 破冰活动&#xff1a;自我介绍任务2: 实践项目&#xff1a;构建个人项目 二、实验过程 2.1 破冰行动 每位参与者提交一份自我介绍。 提交地址&#xff1a;GitHub - InternLM/Tutorial: LLM Tutorial 的 camp3 分支&#xff5e; 要求&#xff1a; 命名…

Linux驱动开发-04LED灯驱动实验(直接操作寄存器)

一、Linux 下LED 灯驱动原理 Linux 下的任何外设驱动&#xff0c;最终都是要配置相应的硬件寄存器。驱动访问底层的硬件除了使用内存映射将物理地址空间转化为虚拟地址空间&#xff0c;去进行读写修改&#xff0c;还可以通过各种子系统函数去进行操作 1.1 地址映射 MMU 全称…

视频语音转文字工具有哪些?提取视频文字就用这5个

作为一名大学毕业生&#xff0c;你是否也常靠几句简单的英语走遍天下&#xff0c;却在面对外语视频时感到手足无措&#xff1f; 别急&#xff0c;虽然在这个语言大家庭中&#xff0c;我们不可避免地要接触外语内容&#xff0c;但幸运的是&#xff0c;一些智能软件的出现&#…

leetcode日记(41)最大子数组和

以前大一的时候做过这题jpg&#xff0c;应该是个很经典的动态规划。 我首先的想法创建二维数组&#xff0c;横列代表起始位置纵列代表结束位置&#xff0c;依次补全数组&#xff0c;后来发现时间复杂度太高了&#xff1a; class Solution { public:int maxSubArray(vector<…