【C++初阶】—— C++内存管理
前言：关于C++最基础的类和对象，已经带领大家了解过了，现在让我们来结合之前C语言的内存管理，来进入C++内存管理的了解！
C语言中动态内存管理方式：malloc/calloc/realloc/free
1. C语言内存管理方式
C语言中动态内存管理的函数：malloc/calloc/realloc/free
// malloc申请内存，它们的使用十分的不方便，而且不能初始化
A* ptr =(A*)malloc(sizeof(A));
// 面对自定义类型，malloc根本无法处理 malloc没有办法很好支持动态申请的自定义对象初始化，无法自动调用变量的构造/析构函数，因此在C++上设计出能符合我们需求的方法
2. C++内存管理方式
因为C++兼容C语言，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，接下来让我们来了解一下这两个操作符
new 和 delete
对于内置类型
使用new来开辟空间
void test()
{
// 动态申请一个int类型的空间
int* ptr1 = new int;
// 动态申请一个int类型的空间并初始化为10
int* ptr2 = new int(10);
// 动态申请10个int类型的空间
int* ptr3 = new int[3];
......
}
使用delete来释放空间:
void test()
{
int* ptr1 = new int;
int* ptr2 = new int(10);
int* ptr3 = new int[3];
delete ptr1;
delete ptr2;
// 释放多个空间时，需要带上[]
delete[] ptr3;
}
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[]
- 一定一定一定一定要匹配起来使用！！！
对于自定义类型
class pxt
{
public:
pxt(int a = 0)
: _a(a)
{
cout << "pxt():" << this << endl;
}
~pxt()
{
cout << "~pxt():" << this << endl;
}
private:
int _a;
};
int main()
{
pxt* p1 = (pxt*)malloc(sizeof(pxt));
pxt* p2 = new pxt(1);
free(p1);
delete p2;
// 内置类型是几乎是一样的
pxt* p3 = (pxt*)malloc(sizeof(pxt)*10);
pxt* p4 = new pxt[10];
free(p5);
delete[] p6;
return 0;
}注意：
- 对于内置类型来说new/delete 和 malloc/free没有太大的区别
- 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
3. operator new与operator delete函数
new和delete工作能够正常完成得益于这两个全局函数！
- 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
void *__CRTDECL operator new(size_t size) _THROW1(_STD bad_alloc)
{
void *p;
while ((p = malloc(size)) == 0)
if (_callnewh(size) == 0)
{
// 如果申请内存失败了，这里会抛异常
static const std::bad_alloc nomem;
_RAISE(nomem);
}
return (p);
}operator new：
- 透过底层我们能看见
new的实现就是通过malloc来开辟空间 - 开辟空间成功,会返回指向此空间的指针
- 开辟空间失败,会
抛异常(后面章节会专门分析异常)
operator delete
#define free(p) _free_dbg(p, _NORMAL_BLOCK)
void operator delete(void *pUserData)
{
_CrtMemBlockHeader * pHead;
RTCCALLBACK(_RTC_Free_hook, (pUserData, 0));
if (pUserData == NULL) return;
_mlock(_HEAP_LOCK);
__TRY
pHead = pHdr(pUserData);
_ASSERTE(_BLOCK_TYPE_IS_VALID(pHead->nBlockUse));
// 调用_free_dbg(p, _NORMAL_BLOCK)实现free功能
_free_dbg( pUserData, pHead->nBlockUse );
__FINALLY
_munlock(_HEAP_LOCK);
__END_TRY_FINALLY
return;
}透过底层我们能看见delete的实现就是通过free来释放空间的
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
4. 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基本类似
不同的地方：
- 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
- new在申请空间失败时会抛异常，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函数释放对象的空间
new T[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
5. 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：
- 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
- 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
- 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
注意：这些区别重在去理解它们，而不是去强记
内存泄漏
既然学习内存管理当然要了解一下操作不当的危害，关于内存泄漏我们只需要简单了解就行
内存泄漏的概念
内存泄漏： 指因为疏忽或错误造成程序未能释放已经不再使用的内存的情况。内存泄漏并不是指内存在物理上的消失，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
内存泄漏的危害： 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
void test()
{
// 1.内存申请了忘记释放
int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int));
int* p2 = new int;
}内存泄漏分类
堆内存泄漏(Heap leak)
- 堆内存指的是程序执行中依据须要分配通过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，比方套接字、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，严重可导致系统效能减少，系统执行不稳定
如何避免内存泄漏
- 工程前期良好的设计规范，养成良好的编码规范，申请的内存空间记着匹配的去释放。但是如果碰上异常时，就算注意释放了，还是可能会出问题。需要下一条智能指针来管理才有保证
- 采用RAII思想或者智能指针来管理资源
- 有些内部规范使用内部实现的私有内存管理库。这套库自带内存泄漏检测的功能选项
- 出问题了使用内存泄漏工具检测
内存泄漏非常常见，解决方案分为两种：
- 1、事前预防型。如智能指针等。
- 2、事后查错型。如泄漏检测工具。
现阶段关于内存泄漏我们只需要了解一下有这个东西就行
6. 总结
此章我们从和C语言对比并且在底层上分析，C++内存管理我们就算是简单了解了，并且C++和C语言中的内存管理区别我们也都分析了，关于malloc/free和new/delete的区别这个很重要，希望大家能理解它们的区别，下节我们来谈谈C++的模板！
谢谢大家支持本篇到这里就结束了，祝大家天天开心！