柚子快報邀請碼778899分享：c語言 C/C++內(nèi)存管理

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? ? ? ?各位nb的程序員們，大家好，當(dāng)我們要學(xué)一門語言并且要將它學(xué)到熟練的話，我們就不得不要去學(xué)習(xí)它的內(nèi)存管理這部分的內(nèi)容了，基于此處，我們這里就來學(xué)習(xí)一下C++中的內(nèi)存管理方面的知識。

目錄

1.C/C++內(nèi)存發(fā)布

? ? 1.1.棧

? ? 1.2.內(nèi)存映射段

? ? 1.3.堆

?? ?1.4.數(shù)據(jù)段

?? ?1.5.代碼段

2.C語言中的動態(tài)內(nèi)存管理方式

? ? 2.1.malloc函數(shù)

? ? 2.2.realloc函數(shù)

?? ?2.3.calloc函數(shù)

? ? 2.4.free函數(shù)

3.C++中的內(nèi)存管理方式

? ? 3.1.new/delete操作內(nèi)置類型

? ? 3.2new和delete操作自定義類型

4.operator new和operator delete函數(shù)（了解知識）

5.new和delete的實(shí)現(xiàn)原理

? ? 5.1內(nèi)置類型

? ? 5.2自定義類型

6.malloc / free和new / delete的區(qū)別

7.定位new表達(dá)式（placement—new）(了解)

1.C/C++內(nèi)存發(fā)布

? ? ? ?我們先來看一下C/C++中空間的發(fā)布情況（用圖表示更為清晰）：

結(jié)合上面的那幅圖，我們這里來一一解釋一下各個空間：

? ? 1.1.棧

? ? ? ?又叫堆?！庆o態(tài)局部變量/函數(shù)參數(shù)/返回值等等，棧是向下增長的（執(zhí)行程序也是在棧中進(jìn)行的，如下圖所示）。

? ? 1.2.內(nèi)存映射段

? ? ? ?是高效的I/O映射方式，用于裝載一個?共享的動態(tài)內(nèi)存庫。用戶可使系統(tǒng)接口創(chuàng)建共享內(nèi)存，做進(jìn)程間通信。（后面會講到，這里了解一下即可）

? ? 1.3.堆

? ? ? ?用于程序運(yùn)行時動態(tài)內(nèi)存分布，堆是可以向上增長的。

?? ?1.4.數(shù)據(jù)段

? ? ? ?存儲全局?jǐn)?shù)據(jù)和靜態(tài)數(shù)據(jù)。

?? ?1.5.代碼段

? ? ? ?可執(zhí)行的代碼/只讀常量。

2.C語言中的動態(tài)內(nèi)存管理方式

? ? 2.1.malloc函數(shù)

? ? ? ?這個函數(shù)的功能就是創(chuàng)建一塊空間，它創(chuàng)建的這塊空間是在堆上開創(chuàng)的，它開創(chuàng)的空間與我們在定義變量時系統(tǒng)為我們開創(chuàng)的空間不同的地方在于，它開創(chuàng)的空間屬于是動態(tài)空間，也就是可以在這塊空間的基礎(chǔ)上還可以對這塊空間再次進(jìn)行擴(kuò)容的操作。

大家可以通過這個鏈接學(xué)習(xí)一下這個malloc函數(shù)：malloc - C++ Reference

? ? 2.2.realloc函數(shù)

? ? ? ?進(jìn)行擴(kuò)容操作，這個函數(shù)的主要作用就是對malloc和calloc函數(shù)所開創(chuàng)的空間進(jìn)行擴(kuò)容操作。

大家可以通過這個鏈接學(xué)習(xí)一下這個realloc函數(shù)：realloc - C++ Reference

?? ?2.3.calloc函數(shù)

? ? ? ?這個函數(shù)的作用是和malloc函數(shù)的作用差不多，都是在堆上開創(chuàng)一塊動態(tài)空間，只不過這個函數(shù)和malloc函數(shù)不同的是，malloc函數(shù)它只是開創(chuàng)一塊空間，而calloc函數(shù)不僅僅是開創(chuàng)一塊空間，在將這塊空間開創(chuàng)好后，會自動將這塊空間進(jìn)行初始化操作，默認(rèn)初始化為0。

大家可以通過這個鏈接學(xué)習(xí)一下這個calloc函數(shù)：calloc - C++ Reference

? ? 2.4.free函數(shù)

? ? ? ?我們前面所講的malloc和calloc函數(shù)，這兩個函數(shù)開創(chuàng)好空間之后，我們在使用完這個空間之后，我們就需要將這個開創(chuàng)的空間釋放掉，如果我們不釋放掉的話，程序執(zhí)行結(jié)束后，這塊空間在堆中就會以一種懸空的狀態(tài)仍然留在堆中，如果長期以往這樣下去的話，就會造成內(nèi)存泄漏的問題，系統(tǒng)就會崩潰，為了防止這種問題的誕生，所以我們在用完這個開創(chuàng)的空間之后，我們就可以使用free這個函數(shù)將這塊開創(chuàng)的空間釋放掉。

大家可以通過這個鏈接學(xué)習(xí)一下這個free函數(shù)：free - C++ Reference

3.C++中的內(nèi)存管理方式

? ? ? ?C語言中的內(nèi)存管理方式也可以在C++中繼續(xù)使用，但是在有些地方上就顯得有點(diǎn)無能為力了，而且使用起來反而還比較麻煩，因此在C++中又提出了自己的內(nèi)存管理方式：通過new和delete操作符來進(jìn)行動態(tài)內(nèi)存管理。

? ? 3.1.new/delete操作內(nèi)置類型

? ? ? ?new的功能類似于C語言中malloc函數(shù)的功能，從堆中申請一塊空間，而delete的功能就類似于C語言中的free函數(shù)的功能，也就是歸還這塊空間的使用權(quán)。

#include

using namespace std;

int main()

{

int* a1 = new int;//從堆上動態(tài)申請一個int類型的空間，用int類型的指針去a1指向這塊空間。

int* a2 = new int(10);//從堆上動態(tài)申請一塊int類型的空間，創(chuàng)建好后，將這塊空間自動初始化為10，我們使用int類型的指針a2去接收它。

int* a3 = new int(20);//new是一個操作符，int是開創(chuàng)的空間的類型，20是初始化的值。

int* a4 = new int[10];//從堆上動態(tài)開辟10個類型為int的連續(xù)空間，開創(chuàng)好后并不會對其進(jìn)行初始化操作。

int* a5 = new int[10] {0};//從堆上動態(tài)開辟10個類型為int的連續(xù)空間，開創(chuàng)好后對這10個空間均進(jìn)行初始化操作，并且均初始化為0。

int* a6 = new int[10] {1, 2, 3, 4, 5, 6};//從堆上動態(tài)開辟10個類型為10個類型為int的連續(xù)空間，這塊空間的前6個空間分別初始化為1，2，3，4，5，6其余的空間默認(rèn)初始化為0。

delete a1;//釋放我們這里所創(chuàng)建的空間。

delete a2;//dalete是操作符。

delete a3;

delete[] a4;//由于a4指向的是一塊連續(xù)的空間，因此我們這里的delete后面要加上[]，若要問為什么，就是C++語法規(guī)定的。

delete[] a5;

delete[] a6;

return 0;

}

注意：（1）.我們在對a6指針指向的那塊空間進(jìn)行初始化操作時，我們只初始化了這塊連續(xù)的空間的前6個空間，其余的空間我們C++默認(rèn)初始化為0，這里的默認(rèn)初始化我們需要注意一下，就是初始化這里的默認(rèn)初始化為0，是在給了編譯器的初始值的情況下，并且所給的初始值的個數(shù)要小于所開的空間個數(shù)的前提下，初始化后剩余的空間編譯器才會默認(rèn)初始化為0，如果我們這里不給初始值的話，編譯器是不會對所開的空間進(jìn)行初始化操作的。

? ? ? ? ? ?（2）.申請和釋放單個元素的空間，我們這里使用new和delete，申請和釋放連續(xù)的空間，我們這里使用new[ ]和delete[ ]，一定要配套起來使用。

? ? 3.2new和delete操作自定義類型

? ? ? ?我們這里在進(jìn)行講解操作前先來補(bǔ)充一個知識：new/delete和malloc/free的最大區(qū)別就是new/delete對于自定義類型它除了會進(jìn)行開空間的操作以外還會自動調(diào)用這個自定義類型的構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)，而malloc/free只會開空間和釋放相應(yīng)的空間。

#include

using namespace std;

class date

{

public:

date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)

{

cout << "date()" << endl;

}

//編譯器會在這里自動生成一個拷貝構(gòu)造，我們這里就不寫了。

~date()

{

cout << "~date()" << endl;

}

private:

int _year;

int _month;

int _day;

};

int main()

{

date* d1 = new date;//date();我們從打印結(jié)果來看的話，當(dāng)我們使用new函數(shù)開創(chuàng)了一個date自定義類型的空間時，它確實(shí)是自動調(diào)用了date類的構(gòu)造函數(shù)。

delete d1;//~date();從打印結(jié)果來看的話，我們在調(diào)用delete函數(shù)的時候，確實(shí)是會自動調(diào)用d1對象的析構(gòu)函數(shù)。

date* d2 = new date[10];//這里會連續(xù)輸出10行date()，因為我們在這里開創(chuàng)的是一塊數(shù)組，這個數(shù)組中有10個空間，也就相當(dāng)于是連續(xù)開創(chuàng)了10個date類型的空間，因此編譯器在這里會調(diào)用10次構(gòu)造函數(shù)。

//接下來我們來看一下這里的初始化的問題。

date* d3 = new date{ 2024,9,13 };//我們在堆上動態(tài)申請了一塊的date連續(xù)的內(nèi)存空間，我們對其進(jìn)行進(jìn)行初始化操作(換句話說，其實(shí)也就是這里的傳參操作)，這種初始化的方式是叫做隱式類型轉(zhuǎn)換的方式，也就是說，這里編譯器會根據(jù)這3個實(shí)參實(shí)現(xiàn)構(gòu)造一個date類型的臨時對象，構(gòu)造好后，會調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)將這個臨時對象中的數(shù)據(jù)拷貝到這個我們剛剛開創(chuàng)的新空間中。

//構(gòu)造函數(shù)的方式進(jìn)行初始化(有名)

date b1(1, 2, 3);

date b2(4, 5, 6);

date b3(7, 8, 9);

date* d4 = new date[3]{ b1,b2,b3 };//這里會連續(xù)輸出3行date(date& d)，這里編譯器其實(shí)會調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)分別將b1,b2,b3這3個對象中的數(shù)據(jù)一一拷貝到剛剛開創(chuàng)的3個date類型的空間中。

//匿名對象進(jìn)行初始化

date* d5 = new date[3]{ date(11,22,33), date(44,55,66),date(77,88,99) };

delete[10] d2;

delete d3;

delete[3] d4;

delete[3] d5;

return 0;

}

4.operator new和operator delete函數(shù)（了解知識）

? ? ? ?new和delete是用戶進(jìn)行動態(tài)內(nèi)存申請和釋放的操作符，operator new和operator delete是系統(tǒng)提供的全局函數(shù)，new在底層調(diào)用operator new全局函數(shù)來申請空間，delete在底層調(diào)用operator delete來釋放空間。

? ? ? ?operator new實(shí)際上也是通過malloc函數(shù)來申請空間的，如果malloc函數(shù)申請空間成功的話就直接返回，否則就執(zhí)行用戶提供的空間不足應(yīng)對措施，如果用戶提供該措施的話就繼續(xù)申請，否則就會拋異常。operator dalete最終是通過free函數(shù)來釋放空間的。

5.new和delete的實(shí)現(xiàn)原理

? ? 5.1內(nèi)置類型

? ? ? ?如果申請的是內(nèi)置類型的空間，new和malloc，delete和free基本類似，不同的地方是：new/delete申請和釋放的是單個元素的空間，new[ ]和delete[ ]申請和釋放的是連續(xù)的空間，而new在申請空間失敗時會被拋異常，malloc會返回NULL。

? ? 5.2自定義類型

? ? ? ?（1）.new的原理

? ? ? ? ? ? ? 1>.調(diào)用operator new函數(shù)申請空間。

? ? ? ? ? ? ? 2>.在申請的空間上執(zhí)行析構(gòu)函數(shù)，完成對象的構(gòu)造。

? ? ? ?（2）.delete的原理

? ? ? ? ? ? ? 1>.在空間上執(zhí)行析構(gòu)函數(shù)，完成對象中資源的清理工作。

? ? ? ? ? ? ? 2>.調(diào)用operator dalete函數(shù)，釋放對象的空間。

? ? ? ?（3）.new [T]的原理

? ? ? ? ? ? ? 1>.調(diào)用operator new[ ]函數(shù)，在operator new[ ]中實(shí)際調(diào)用operator new函數(shù)完成N個對象空間的申請。

? ? ? ? ? ? ? 2>.在申請的空間上執(zhí)行N次析構(gòu)函數(shù)。

? ? ? ?（4）.delete的原理

? ? ? ? ? ? ? 1>.在釋放的對象空間上執(zhí)行N次析構(gòu)函數(shù)，完成N個對象中資源的清理。

? ? ? ? ? ? ? 2>.調(diào)用operator dalete[ ]釋放空間，實(shí)際在operator dalete[ ]中調(diào)用operator dalete函數(shù)來釋放空間。

? ? ? ?總結(jié)：malloc函數(shù)和free函數(shù)配套使用，new和delete函數(shù)配套使用，申請和釋放空間一定要配套，否則的話，會有出錯的風(fēng)險。

6.malloc / free和new / delete的區(qū)別

? ? ? ?（1）.共同點(diǎn)：都是從堆上申請空間，并且需要用戶手動進(jìn)行釋放。

? ? ? ?（2）.不同點(diǎn)：1>.malloc和free是函數(shù)，new/delete是操作符。

? ? ? ? ? ? ? 2>.malloc申請的空間不會繼續(xù)初始化操作，而new則可以自動進(jìn)行初始化操作。

? ? ? ? ? ? ? 3>.malloc申請空間時，需要手動計算空間的大小并進(jìn)行傳遞，new只需要在其后面跟上空間的類型即可，如果是多個對象的話，在[ ]中指定對象的個數(shù)就可以了。

? ? ? ? ? ? ? 4>.malloc函數(shù)的返回值未void*類型，在使用時我們必須將它強(qiáng)轉(zhuǎn)，而new是不需要的，因為new后面跟的就是這個空間的類型。

? ? ? ? ? ? ? 5>.malloc申請空間失敗時，返回的是NULL，因此使用時必須要判空，而new不需要，大那是new需要捕獲異常。

? ? ? ? ? ? ? 6>.申請自定義類型的對象時，malloc/free只會開辟空間，不會調(diào)用構(gòu)造函數(shù)與析構(gòu)函數(shù)，而new在申請空間的同時就會自動調(diào)用構(gòu)造函數(shù)完成對象的初始化操作，delete在釋放空間前會調(diào)用析構(gòu)函數(shù)完成空間中資源的清理釋放。

7.定位new表達(dá)式（placement—new）(了解)

? ? ? ?定位new表達(dá)式是在已分配的原始內(nèi)存空間中調(diào)用構(gòu)造函數(shù)初始化一個對象。

? ? ? ?使用格式：new (place_address) type? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?}? ?place_address必須是一個指針

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?new (place_address) type(initializer_list)? }? ?initializer_list是類型的初始化列表

? ? ? ?使用場景：在實(shí)際中一般是配合內(nèi)存池一起使用的，因為內(nèi)存池它所分配出來的空間不會進(jìn)行初始化，所以如果自定義類型的對象，需要使用new的定義表達(dá)式進(jìn)行調(diào)用構(gòu)造函數(shù)以使得對對象進(jìn)行初始化操作。

#include

using namespace std;

class date

{

public:

date(int a = 1)

{

cout << "date(int a = 1)" << endl;

}

~date()

{

cout << "~date()" << endl;

}

private:

int _year;

int _month;

int _day;

};

int main()

{

//我們在這里先試著使用operator new函數(shù)來開創(chuàng)一塊空間。

date* d1 = (date*)operator new(sizeof(date));//通過這句代碼我們可以得知，這個operator new這個函數(shù)可以直接調(diào)用，我們這里是直接調(diào)用operator new這個函數(shù)，因此，這里不會調(diào)用date的構(gòu)造函數(shù)，若想調(diào)用構(gòu)造函數(shù)的話，可以使用new的定位表達(dá)式。

new(d1)date;//new是關(guān)鍵字(操作符)，d1是指針，date是對象的類型。這個就是定位new的寫法。這樣的話，編譯器就會調(diào)用date類的構(gòu)造函數(shù)給d1指針指向的那塊空間進(jìn)行初始化操作。

//如果date類需要傳值的話，我們這里還可以傳值：new(d1)date(10);

d1->~date();//析構(gòu)函數(shù)的話，我們則可以使用"->"這個操作符直接調(diào)用即可。

operator delete(d1);//釋放空間。

return 0;

}

? ? ? ?OK，這一節(jié)的內(nèi)容我們就講到這里，謝謝大家的觀看，你們的支持就是我最大的動力。

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