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【C++】内存管理

news 来源：原创 2025/5/10 9:45:12

【C++】内存管理

一、C/C++内存分布
二、C语言中动态内存管理方式
三、C++内存管理方式
- 1、new 和 delete 操作内置类型
- 2、new 和 delete 操作自定义类型
四、operator new 和 operator delete 函数
五、new 和 delete 的实现原理
- 1、内置类型
- 2、自定义类型
- 3、new和delete不匹配的报错
六、定位new表达式（placemean-new）
- 1、使用格式
- 2、使用场景
七、malloc/free 和 new/delete 的区别

一、C/C++内存分布

先看一下下面这个题
在这里插入图片描述
公布一下答案

下面是解析：
char2局部变量在栈区 char2是一个数组，把后面常量串拷贝过来到数组中，数组在栈上，所以*char2在栈上
pChar3局部变量在栈区 *pChar3得到的是字符串常量字符在代码段
ptr1局部变量在栈区 *ptr1得到的是动态申请空间的数据在堆区

在这里插入图片描述

说明:

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。
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。（Linux课程如果没学到这块，现在只需要了解一下）
堆用于程序运行时动态内存分配，堆是可以上增长的。
数据段–存储全局数据和静态数据。
代码段–可执行的代码/只读常量。

二、C语言中动态内存管理方式

从上面这个我们可以看出，我们对内存的操作绝大部分是在堆区进行的，那么对于C语言的内存管理函数malloc . calloc , realloc 是否还记得

int Test()
{//申请一块四个int大小的空间放在p1int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int) * 4);//申请一块四个int大小的空间放在p2，并全部初始化为1int* p2 = (int*)calloc(1, sizeof(int) * 4);//为p2再申请六个int大小的空间int* p3 = (int*)realloc(p2, sizeof(int) * 10);//释放空间free(p1);free(p3);
}

malloc函数的使用方法
calloc函数的使用方法
realloc函数的使用方法

三、C++内存管理方式

因为C语言和C++可以兼容，所以C语言的方式在C++中依然可以使用，但是有时候会很麻烦，所以C++提出了自己的内存管理方式：通过 new 和 delete 进行动态内存管理

1、new 和 delete 操作内置类型

void Test01()
{//动态申请一个int类型的空间int* p1 = new int;//动态申请一个int类型的空间，并初始化为10int* p2 = new int(10);//动态申请10个int类型的空间int* p3 = new int[10] {1, 1, 1, 1, 1, 1, 1};//销毁delete p1;delete p2;delete[] p3;
}

要注意new和delete要匹配使用
new —— delete
new[ ] —— delete[ ]

当然若要申请二维数组，和C语言一样麻烦，分为数组指针和指针数组两种

void Test02()
{//数组指针int (*p1)[4] = new int[3][4];//销毁p1delete[] p1;//指针数组int** p2 = new int*[3];for (int i = 0; i < 3; i++){//*(p2 + i) = new int[4];p2[i] = new int[4];}//销毁p2for (int i = 0; i < 3; i++){delete[] p2[i];}
}

2、new 和 delete 操作自定义类型

#include<iostream>
using namespace std;class A
{
public://构造函数A(int a1 = 1):_a1(a1), _array(new int[4] {1, 2, 3, 4}){cout << "A()" << endl;}//析构函数~A(){cout << "~A()" << endl;}void Getcapacity(){_array = new int[4] {1, 2, 3, 4};}
private:int _a1;int* _array;
};int main()
{//这里最大的区别是，new在创建时会调用构造函数，并且可以传值进行初始化//在销毁时delete会调用析构函数A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));A* p2 = new A(2);free(p1);delete p2;//内置类型几乎是一样的int* p3 = (int*)malloc(sizeof(int) * 4);int* p4 = new int[4];free(p3);delete[] p4;return 0;
}

这里最大的区别是对于自定义类型，new会调用自定义类型的构造函数，delete会调用自定义类型的析构函数

四、operator new 和 operator delete 函数

在这里插入图片描述
当我们将程序转到反汇编，我们发现在new和delete时会调用到这两个函数，那我们将这两个函数调出来

/*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
*/
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)

从上面我们可以看到一些属性的面孔，malloc，free这是C语言开辟和销毁空间的方式

在这里插入图片描述
由此我们知道了
new 开辟空间还是通过 mlloc,当开辟失败时，会抛异常，所以我们无需像malloc一样判断是否为空指针
delete 销毁空间是通过 free

如上图，在32位环境下我们一次申请1个G，在申请第二次时报了异常,就是抛出了异常，我们要将异常捕获的话就要用到try,catch

#include<iostream>
using namespace std;void Test01()
{try{int n = 0;char* p1 = new char[1024 * 1024 * 1024];cout << n++ << endl;char* p2 = new char[1024 * 1024 * 1024];cout << n++ << endl;char* p3 = new char[1024 * 1024 * 1024];cout << n++ << endl;}catch (const exception& e){cout << e.what() << endl;}
}int main()
{Test01();return 0;
}

exception是一个函数
这就是被捕获的异常
在这里插入图片描述

五、new 和 delete 的实现原理

1、内置类型

如果是申请内置类型的空间，new/delete 和 malloc/free基本相同
不同的地方在：
new/delete是申请单个空间，new[ ]/delete[ ]是申请连续空间
new申请失败会抛异常，malloc申请失败会返回NULL

2、自定义类型

<1>new的原理
1、调用operator new申请空间
2、调用构造函数，对申请的空间进行构造

<2>delete原理
1、在空间中调用析构函数，将对象中的空间进行清理
2、调用operator delete 函数释放对象空间

<3>new T[N] 的原理
1、调用operator new[ ]函数，在函数中调用N次operator new函数完成对对象空间的申请
2、在申请的空间上N次调用构造函数

<4>delete[ ]的原理
1、在释放空间上调用N次析构函数
2、调用operator delete[ ]函数，在函数中调用N次operator delete函数完成对空间的释放

3、new和delete不匹配的报错

#include<stdlib.h>
#include<iostream>
using namespace std;class A
{
public:A(int a1 = 1, int a2 = 1):_a1(a1),_a2(a2){cout << "A()" << endl;}~A(){cout << "~A()" << endl;}
private:int _a1;int _a2;
};class B
{
public:
private:int _b1;int _b2;
};

我们有这两个类，假设我们连续开辟几个对象
在这里插入图片描述
上面是连续开辟了10个B的对象
new[ ] 与 deldete 配对但是没有报错

当相同情况下，连续开辟了10个A的对象，程序就崩溃了
这是因为operator new[ ] 对于有析构函数的对象，会在开辟空间的前面开辟一个大小为 int 的空间用来记录创建对象的数量，如下图size是84
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
所以在析构时位置不对就会报错，程序崩溃

六、定位new表达式（placemean-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

1、使用格式

new (place_address) type
new (place_address) type (initializer_list)
place_address 是一个指针
initializer_list 是类型的初始化列表

2、使用场景

定位new表达式一般和内存池配合使用，因为内存池中数据为初始化，所以需要通过new的定位表达式进行显示构造函数初始化

#include<iostream>
using namespace std;class A
{
public:A(int a1 = 1, int a2 = 1):_a1(a1),_a2(a2){cout << "A()" << endl;}~A(){cout << "~A()" << endl;}
private:int _a1;int _a2;
};int main()
{A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));//p1->A()这样写是不行的new(p1)A(2, 3);//在销毁时，要先调用析构函数，对对象内部成员进行销毁//然后再freep1->~A();free(p1);//看下面这个有没有感觉很熟悉，和malloc用法一样//因为new内核就是malloc所以如果直接用函数就和malloc基本一样A* p2 = (A*)operator new(sizeof(A));new(p1)A(10);p2->~A();operator delete(p2);return 0;
}

七、malloc/free 和 new/delete 的区别

相同点：
都是在堆上申请空间，并且需要手动释放
不同点：
1、malloc/free是函数，而new/delete是操作符
2、malloc申请的空间不会初始化，new申请的空间可以初始化
3、malloc申请空间需要计算大小，而new申请空间不用，只需要在后面加上类型名，若要开辟连续几个只需要在 [ ] 中加上数字
4、malloc申请空间前面必须强转，new不需要因为后面跟着空间的类型
5、malloc申请空间失败返回的是NULL，需要判空，而new不需要，new会抛异常
6、在申请自定义类型对象时，malloc/free只会申请和销毁空间，不会调用构造和析构函数，而new申请空间时会调用构造函数，delete申请空间会调用析构函数

【C++】内存管理

一、C/C++内存分布

二、C语言中动态内存管理方式

三、C++内存管理方式

1、new 和 delete 操作内置类型

2、new 和 delete 操作自定义类型

四、operator new 和 operator delete 函数

五、new 和 delete 的实现原理

1、内置类型

2、自定义类型

3、new和delete不匹配的报错

六、定位new表达式（placemean-new）

1、使用格式

2、使用场景

七、malloc/free 和 new/delete 的区别

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