【C++】内存管理

用户11290673

发布于 2024-09-25 13:03:06

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文章被收录于专栏：学习

前言本篇博客我们来看一下，对于C++这种语言，我们怎么实现对内存的分配与管理 💓 个人主页：小张同学zkf ⏩ 文章专栏：C++ 若有问题评论区见📝 🎉欢迎大家点赞👍收藏⭐文章

1.C++内存分布

我们先来看一下内存中区域划分

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。（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。

2.C++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

举个例子

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

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。

2.2new和delete操作自定义类型

举个例子

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 )); // C int* 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。

3.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 bytes void * 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_FINALLY return ; } /* 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 。

4.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
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