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内存管理

news 来源：原创 2025/8/12 20:18:52

一.什么是内存管理呢？

我们可以来看一下这个图，我们来了解一下这些地方都存的是什么。

数据段就是存放全局和静态变量的，代码段是存放常量的。

栈
- 局部变量：在函数内部定义的变量，其存储空间在栈上分配。当函数被调用时，这些变量被创建并分配内存空间，函数执行结束后，它们所占用的空间会被自动释放。
- 函数参数：在函数调用时，实参的值会被传递给函数的形参，这些参数也是存储在栈上的。
- 函数调用信息：包括函数的返回地址、调用者的栈帧指针等，用于在函数调用结束后能够正确地返回到调用者的位置并恢复调用者的执行环境。
堆
- 动态分配的数据：通过malloc、new等操作符动态分配的内存空间位于堆上。例如，在 C 语言中使用malloc函数分配一块指定大小的内存，用于存储动态数组、链表节点等数据结构。程序猿需要手动管理这些内存的生命周期，使用完毕后通过free、delete等操作释放内存，否则可能会导致内存泄漏。
数据段
- 全局变量：在整个程序中都可以访问的变量，其存储位置在数据段。程序运行期间，全局变量占据固定的内存空间，直到程序结束才会被释放。
- 静态变量：包括静态全局变量和静态局部变量。静态全局变量的作用域是整个源文件，静态局部变量在函数内部定义，但在函数调用结束后不会被销毁，其值会保留到下一次函数调用。它们都存储在数据段中。
代码段
- 常量数据：如字符串常量、常量表达式等，在程序中被明确声明为常量的数据，通常也存储在数据段的只读部分，以防止程序在运行过程中意外修改这些常量的值。

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？ ____

staticGlobalVar 在哪里？ ____

staticVar 在哪里？ ____

localVar 在哪里？ ____

num1 在哪里？ ____

char2 在哪里？ ____

* char2 在哪里？ ___

pChar3 在哪里？ ____

* pChar3 在哪里？ ____

ptr1 在哪里？ ____

* ptr1 在哪里？ ____

大家可以做一下这个题，更加深刻的理解一下。

这个前五个应该是很简单的。

局部的变量和数据都是在栈中，全局和静态都是在数据段的，所以答案是CCCAA，第六个这个数组也是在栈中的，数组和指针还不同，数组是先在栈中开辟空间，然后再在常量区拷贝需要的字符，所以这些都是在栈中的，所以第六第七都是AA，第八个就是指针了这个指针是在栈中的，它是指向了常量区的字符串，所以是AD，同理ptr1也是在栈中的，只是指向了堆中的空间，所以是AB，*ptr就是解引用就是指它的内容。

就是就是这样的一个过程。

在 const char* ptr 这种声明形式中， const 修饰的是 char，也就是指针 ptr 所指向的内容是常量，不能通过该指针来修改它所指向的字符。

意思就是我们不能修改它指向的内容，const char* const ptr表示我们既不能修改内容也不能修改这个ptr指针的指向，就是内容不能变，指针指向的地址也不能改变。

二. malloc和calloc和realloc

我们对malloc这个函数已经非常了解了，就是在堆上开辟一块空间然后通过一个栈上的指针指向这块空间，不能直接malloc的时候就初始化。

接下来是calloc。

这行代码的意思就是第一个参数就是它表示要分配的元素数量，题目中就表示我们要申请四个元素，第二个参数表示每个元素的大小，我们题目中就是整形的。

接下来就是realloc了。

它是用来扩容的，如果我们的空间不够的话，此时我们就要扩容了。

我们来看一下这个，如果我们的第一个a的空间不够了，此时我们就可以调用realloc来扩容了，第一个参数表示a原来的内存的内容拷贝过来，第二个参数是新内存的大小。

扩容也分为原地扩容和非原地扩容，原地扩容就是在原来空间的基础上向后开辟空间如果后面有空间的话就会原地扩容，此时a和b的地址一样，非原地扩容就是，开辟一块新空间，然后拷贝将内容拷贝过去，此时系统会自动释放calloc的空间了，所以说如果这两个都用了的话，此时就只需要释放一次空间就行了，此时我们得到的值都是随机值。

三.new和delete

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 。

我们的malloc有一些缺陷，我们无法直接对它们初始化，且当我们用malloc对自定义类型的开辟空间的时候此时不会调用构造和析构，这是很麻烦的，所以我们的new和delete就出现了。

我们先来看一下这个，我们都知道malloc分配空间失败之后就会返回空值，但是new是返回异常，异常我们后面会讲，我们的第一个就是申请了一个int类型大小的空间，第二个则是分配完成之后直接初始化为1了，第三个就是分配了三个int的空间，第四个就是我们分配了10个空间我们把前三个初始化了，后面就会自动用0初始化了，用0初始化的前提是我们必须对前面的初始化了，后面才会，你像第三个打印的就是随机值。

自定义类型和内置类型还不同。

我们来看一下，malloc的时候不会调用构造和析构，但是new就会调用构造和析构，你们都可以试一下，aa2这个的意思是调用了A类的一个参数的构造函数，此时就用到了我们原来学过的类型转换，我们可以直接给一个1，A{1}就相当于我们原来的A=1，发生了类型转换，调用两个参数的时候，只定义一个对象的时候可以用如图aa3的那样初始化，多个对象就要用下面的形式初始化了，大括号包住大括号，我们也看到了，一共有三个对象我们只初始化了两个那么最后一个怎么办呢？是不是也和内置类型一样给了{0，0}这样的形式。

答案是错误的，此时它的办法是调用无参构造去初始化。这里的[2]是解引用此时就不是指针了，所以要用.，最后一个我们并没有初始化，此时它就会调用默认构造初始化了.

四 perator 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;

}

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。

我们也可以通过汇编来看一下。

看见没就是operator new封装了new需要调用，还会调用构造和析构函数。

所以A* aa = new A;这个过程operator new+构造，后面那个过程就是析构+operator delete

五.new和delete的实现原理

5.1 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。

5.2 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.注意匹配

我们来看一下这个，我们发现都是混合使用没有匹配，这样前两个可能不经常出问题，但是最后一个很可能出问题，我们来解释一下，我们申请了10个A，理论应该是80个字节，我们通过汇编来看一下。

这就是内存泄漏的问题，最后一个的问题，我来讲一下为什么会内存泄漏呢？

我们看到它开辟了58h的空间也就是十进制的88，为什么多了8个字节呢？

因为此时我们要调用析构函数，但是我们知道要调用多少次析构，但是编译器不知道啊，所以，又多了个地方存了这个数组的大小。

就是这个样子，此时我们的指针直接指向的是后面的80个字节的空间，但是前面的我们无法释放，此时就出现了内存泄漏了，但是我们把析构函数没有显示写出来的时候，它就不报错，这是为什么呢？

delete中封装的有析构函数。

如果把析构函数不显示的写出来，编译器优化，就不调用析构了，编译器就不直接调用西沟了，所以也可以不用知道要析构多少次。

当我们显示写出来的时候该怎么释放内存呢？

delete[] p7这样就正确了。

七. 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

八.结束语

感谢大家的查看，希望可以帮助到大家，做的不是太好还请见谅，其中有什么不懂的可以留言询问，我都会一一回答。感谢大家的一键三连。