【C++】——内存管理

😀😀前言

好久没更新了,五一小长假,有点玩脱了,今天赶紧补一篇博客,回回状态

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一 c/c++内存分配

下面看下面一段代码

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<iostream>
using namespace std;
int a = 1;
static int b = 1;
int main()
{static int n = 1;int m = 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);return 0;
}

你们可以看看各个变量是存在哪里的

1.  对于a,b来说因为一个是全局变量,一个是静态变量,所以都是放在静态区

不知道谁告诉我,全局变量是开在堆上的,搞得我学到这里已经怀疑人生了

2.  n也是静态变量所以也是静态区,m是函数栈帧里面的一个变量,所以是存在栈里面的

3.  num1是一个局部变量,也是在栈区里面,char2也是

4.  对于pChar3来说,pChar3是一个指针,也是局部变量所以存在栈里面,但是指向的内容是一个字符串常量,所以*pChar3存在代码段

5.  对于ptr1,ptr2,ptr3,来说,因为都是指针所以都是存在栈里面,但是他们指向的内容是通过扩容函数开出来的,所以都是在堆上

看上面的图可以看出各个内存的区域划分

 
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语言的动态内存管理方式

C语言中有下面几个函数来管理内存

malloc / calloc / realloc / free

对于这几个,我们可能并不陌生,所以我们就不展示用法了,着重说一下他们的区别

(ง •_•)  malloc就是开辟一片空间

(ง •_•)calloc可以理解为比malloc更加负责一点,开辟空间还会初始化

(ง •_•)  realloc是是一个扩容函数,如果空间不够,可以用realloc来扩容,但是realloc不单单只是扩容,它也能用来开辟空间

每次用他们开辟空间以后,我们都需要用free来释放空间,不然就会内存泄漏

🎈内存泄漏 

既然说到了内存泄漏,这里就要补充一点,所虽然在之前的博客中提到过,但是那个时候理解不深

当我们开辟空间以后,那么我们一般会去用一个指针去接收这个空间的地址,如果这个指针是函数栈帧里面的,那么当函数结束的时候,我们没有去释放空间,那么指针会随着栈帧的销毁而销毁,因为是局部变量,但是这片空间也就留下来了,同时这篇空间你还不能访问,这个是重点,这个就是内存泄漏,那么随着内存泄漏越来越多,那么空间的利用率就越来越少,程序运行起来就会越卡

更加形象的理解就是,指针是一把房间的钥匙,你把钥匙丢了,那这个房间就打不开也找不到了,随着这样的房间越来越多,那么人也会越来越拥挤 

所以对于内存泄漏需要重视

三  C++内存管理方式

C语言里面的内存管理函数也可以用,只不过用起来比较麻烦,而且在有些情况下不能处理,所以C++推出了自己的内存管理方式new/delete操作符进行动态内存管理

C语言的函数对于自定义类型是无法下手的,这样是为啥要推出这两个操作符的原因之一

1.对于内置类型

 

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{int* ptr1 = new int;//动态申请一个int类型的空间int* ptr2 = new int(10);//动态申请一个int类型的空间并且初始化为10int* ptr3 = new int[10];//动态申请10个int类型空间int* ptr4 = new int[10]{0};//动态申请10个int类型的空间并且初始化为10delete ptr1;delete ptr2;delete[]ptr3;delete[]ptr4;return 0;
}

这里的new和delete要搭配使用,比如new和delete搭配,new[]和delete[]搭配,如果混搭那就会出错误  


2.对于自定义类型

 上面提到了C语言的函数不能处理自定义类型,但是new和delete可以

原因就是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

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:A(int a = 0): _a(a){cout << "A():" << this << endl;}~A(){cout << "~A():" << this << endl;}
private:int _a;
};
int main()
{A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));A* p2 = new A(1);free(p1);delete p2;
}

new/delete和malloc/free区别

 可以看上面的调试视频,可以更好的去理解

3.new和delete的实现原理

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。

对于operator new和operator delete,他们分别通过malloc和free,开辟空间和释放空间

所以new和delete底层还是用的malloc和free

不同的是operator new通过malloc申请空间,如果成功直接返回,如果失败那么就抛异常

所以我们在用new申请空间就没必要像malloc那样去判断,new如果申请失败会抛异常

4. 定位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
 

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:A(int a = 0): _a(a){cout << "A():" << this << endl;}~A(){cout << "~A():" << this << endl;}
private:int _a;
};
// 定位new/replacement new
int main()
{// p1现在指向的只不过是与A对象相同大小的一段空间,还不能算是一个对象,因为构造函数没有执行A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));new(p1)A; // 注意:如果A类的构造函数有参数时,此处需要传参p1->~A();free(p1);//这里使用operator new和上面malloc实际是一样的A* p2 = (A*)operator new(sizeof(A));new(p2)A(10);p2->~A();operator delete(p2); //是类型的初始化列表return 0;
}

 从代码中我们可以看出,我们需要主动去调用析构函数,因为delete调用的析构函数只能与常规new相匹配,对于定位new是处理不到的,所以这里要去主动释放空间

总结来说,定位new需要主动释放空间是因为它本身并不负责分配内存,而是假设你已经拥有了一块内存,并在这块内存上直接构造对象。因此,你需要自己负责在该对象不再需要时手动释放内存。

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