c++领域展开第十幕——类和对象(内存管理——c/c++内存分布、c++内存管理方式、new/delete与malloc/free区别)超详细!!!!

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文章目录

  • 前言
  • 一、c/c++内存分布
  • 二、c++的内存管理方式
    • 2.1new/delete操作内置类型
    • 2.2new和delete操作自定义类型
  • 三、operator new与operator delete函数
    • 3.1operator new与operator delete函数
  • 四、new和delete的实现原理
    • 4.1 内置类型
    • 4.2 自定义类型
  • 五、malloc/free和new/delete的区别
  • 总结

前言

上篇博客我们已经把类和对象的基础进行收尾啦
今天我们来学习有关内存管理的内容,重点就是c++里面代替 malloc和freenew和delete

一、c/c++内存分布

我们先来看一段代码和相关问题

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答案是 CCCAA AAADAB
其实最纠结的就是这些问题
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char2是一个字符数组,并且其值是通过字符串字面量 初始化的"abcd"字符数组是局部变量,因此它的存储位置位于栈 (Stack) 中。
char2代表数组 的第一个元素 ,它是一个字符,并且它的存储位置位于 栈(Stack) 中,因为数组元素是存储在栈上的。char2,char2[0]因此, 存储在 栈 中。
pChar3是一个指针,指向常量字符串 “abcd”。指针 本身是一个局部变量,它存储在 栈(Stack) 中。因此, pChar3存储在 栈 中,而它指向的 存储在代码段(常量区)中。
pChar3是对pChar3进行解引用,但解引用的是第一个字符,字符储存在常量区,所以pChar3储存在常量区
ptr1是一个指针变量,指向malloc申请的区域,所以储存在栈区
ptr1是malloc申请的区域,**malloc一般在堆区申请内存,所以ptr1指向堆区。
*

下面这张图可能会让你更好理解
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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。
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++的内存管理方式

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

2.1new/delete操作内置类型

void Test()
{// 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10int* ptr5 = new int(10);// 动态申请10个int类型的空间int* ptr6 = new int[3];delete ptr4;      //释放空间delete ptr5;delete[] ptr6;
}

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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[],匹配起来使用。

2.2new和delete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;// 内置类型是几乎是一样的int* p3 = (int*)malloc(sizeof(int)); // Cint* p4 = new int;free(p3);delete p4;A* p5 = (A*)malloc(sizeof(A)*10);A* p6 = new A[10];free(p5);delete[] p6;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。

三、operator new与operator delete函数

3.1operator 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

下面是 operator new与operator delete 的一些底层代码

/*
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。

四、new和delete的实现原理

4.1 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

4.2 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

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

五、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释放

总结

今天我们从c/c++的内存分布开始,到内存管理,然后再对new和delete进行了深入研究
了解了new和delete的底层原理,最后对c的malloc和free 与 c++的new和delete 进行了区别对比

今天的学习就到这里啦,下一篇博客又会带来新的知识,不要走开,小编持续跟新中~~~~

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