1. C/C++内存分布
C/C++进程虚拟地址划分 ——
" title="">
- [ ] 栈又叫堆栈，函数调用会建立栈桢，存储局部变量/形参/返回值等等，栈是向下增长的(高地址向低地址使用)。
- [ ] 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详谈）
- [ ] 堆用于程序运行时动态内存分配，堆是向上增长的。
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 D.代码段
globalVar在哪里？__C__ staticGlobalVar在哪里？__C__
staticVar在哪里？__C__ localVar在哪里？__A__
num1 在哪里？__A__
char2在哪里？__A__ *char2在哪里？__ A(注意)__
pChar3在哪里？__A__ *pChar3在哪里？__D__
ptr1在哪里？__A__ *ptr1在哪里？__B__
2. 填空题：
sizeof(num1) = __40byte__;
sizeof(char2) = __5byte__; strlen(char2) = __4byte__;
sizeof(pChar3) = __4byte__; strlen(pChar3) = __4byte__;
sizeof(ptr1) = __4byte__;小解析：
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2. C/C++动态内存管理方式对比
C语言内存管理 ——
关于malloc/realloc/calloc的区别，请自行复习动态内存函数@动态内存管理---malloc +free + calloc + realloc。
时间久了，calloc我好像从那篇博文写完之后就没用过:sweat:就忘了哈哈，
calloc功能：为大小为size的num个元素开辟一块空间，并将每一个字节都初始化为0，相当于malloc + memset
void* calloc (size_t num, size_t size);事实上，C语言的动态内存管理有一些麻烦之处，C++做了一些改进。
2.1 内置类型
:heart: 对于内置类型，malloc/free 和 new/delete没有本质区别，只有用法上的区别。malloc/realloc/calloc/free是库函数，而new/delete是操作符。C++简洁些
#include<stdlib.h>
int main()
{
// 动态申请int 和 5个int的数组
// 1.C
int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int));
int* p2 = (int*)malloc(sizeof(int)* 5);
// 2.C++
int* p3 = new int;
int* p4 = new int[5];
// 释放动态申请的空间
// 1.C
free(p1);
free(p2);
// 2.C++
delete p3;
delete[] p4;
p1 = nullptr;
p2 = nullptr;
p3 = nullptr;
p4 = nullptr;
return 0;
} 注意：一定要匹配使用，否则可能崩溃，就算没崩溃也是有问题的。
malloc <--> free
new <--> delete
new [] <--> delete[]:heart: 并且new可以对申请的空间初始化 ——
// 1.动态申清int空间，并这段空间初始化为5
int* p3 = new int(5);C++98不支持初始化new的数组，但C++11可以大括号初始化，和普通数组一样。
// 2.动态申请5个int的空间
int* p4 = new int[5];
int* p4 = new int[5]{1,2};
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2.2 自定义类型
new和 delete出现的意义之一：我们 定义的局部/全局对象，都有调构造函数和析构函数。然而对于 动态开辟的 对象， 也希望能处理初始化和清理的问题，然而C语言中的malloc和free不会做这件事，于是有了 new和 delete
:heart: 在动态申请自定义类型的空间时，new会调用构造函数初始化对象，delete会先调用析构函数清理，而malloc和free不会。
调试初步观察 —— 动态申请单个A对象 和 5个A对象数组
#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
A(int a = 0)
:_a(a)
{
cout << "A(int a = 0)" << endl;
}
~A()
{
cout << "~A()" << endl;
}
private:
int _a;
};
int main()
{
// 动态申请单个A对象 和 5个A对象数组
A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));
A* p2 = (A*)malloc(sizeof(A)* 5);
A* p3 = new A;
A* p4 = new A[5];
free(p1);
free(p2);
// delete 先调用内置类型析构函数+释放空间给堆上
delete p3;
delete[] p4;
p1 = nullptr;
p2 = nullptr;
p3 = nullptr;
p4 = nullptr;
return 0;
}可以看到，new和delete确实会调用构造函数和析构函数。
" title="">
:heart: 以Stack这个类为例，深入理解这个过程
- [ ] new会在堆上动态申请对象空间 + 调用构造函数初始化对象
- [ ] delete会先调用析构函数(清理对象中的资源，至于要不要清理怎样清理，取决于你) + 再把空间还给堆。
#include<iostream>
using namespace std;
class Stack
{
public:
Stack(int capacity = 4)
:_top(0)
, _capacity(capacity)
{
_a = new int[_capacity];
}
~Stack()
{
delete[] _a;
_a = nullptr;
_top = _capacity = 0;
}
private:
int* _a;
int _top;
int _capacity;
};
- new会在堆上动态申请对象空间 + 调用构造函数初始化对象
" title="">
- delete会先调用析构函数(清理对象中的资源) + 再把空间还给堆。
" title="">
:innocent: 小总结：
- [ ] 对于内置类型的空间申请和释放，仅仅是用法上的差别
- [ ] 但是对于自定义类型，new动态申请的对象，申请空间 + 调用构造函数初始化；delete释放对象时，调用析构函数清理对象中资源 + 释放空间。
:heart: 从此以后，在C++中建议使用 new + delete.
3. new和delete的底层实现
3.1 operator new 和 operator delete函数（重点）
new和 delete出现的意义之二：对于面向过程的语言，处理错误的方式是返回值/错误码；面向对象的语言，处理错误的方式一般是抛异常，C++也要求抛异常。 new动态申请空间失败了并不会像函数一样返回空，而是要求抛异常；delete 和free*一般不会失败，若失败了一般是释放空间存在越界或者释放的指针位置不对。它的底层是如何实现的？
转到反汇编可以看到，new实际上调用了两个函数，operator new 和构造函数。
" title="">
实际上，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。
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:heart: new：其中operator new就是对malloc的封装，使其能在返回0时抛出异常，这才符合C++的机制
/*
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);
}关于异常，后续详谈。
:heart: delete：operator delete可以看做是为了与operator new的对应，最终调用了free，并增加一些检查机制。
/*
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)以上源码，无需完全看懂。
:heart: 总结 ——
- 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。
自定义类型
:black_heart: new的原理
- 调用operator new函数申请对象空间
- 调用构造函数，完成对象的构造
:black_heart: delete的原理
- 调用析构函数，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
:black_heart: new 类型[]的原理
- 调用operator new[]函数，实际在operator new[]中调用operator new函数完成N个对象空间的申请，下面是
new2.cpp中源码 - 调用N次构造函数
void *__CRTDECL operator new(size_t) /*_THROW1(std::bad_alloc)*/; void * operator new[]( size_t cb ) { void *res = operator new(cb); RTCCALLBACK(_RTC_Allocate_hook, (res, cb, 0)); return res; }:black_heart: delete[] 的原理
- 调用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N个对象空间
3.2 operator new 和 operator delete的类专属重载（了解）
以带头双向循环链表为例，插入删除节点时，不断地向堆申请/释放内存效率太低。我们可以向内存池申请内存，从此向内存池要空间。（关于STL中的空间配置器后序详谈）
于是我们可以在ListNode这个类中，重载专属的operator new函数，这样就不会再去调用全局的了。
#include<iostream>
using namespace std;
// 定义ListNode专属的operator new
struct ListNode
{
ListNode* _next;
ListNode* _prev;
int _data;
ListNode(int val)
:_next(nullptr)
, _prev(nullptr)
, _data(val)
{
}
// 重载专属的operator new函数
void* operator new(size_t n)
{
void* p = nullptr;
p = allocator<ListNode>().allocate(1); // STL中内存池--空间配置器
cout << "memory pool allocate ListNode" << endl;
return p;
}
void operator delete(void* p)
{
allocator<ListNode>().deallocate((ListNode*)p, 1);
cout << "memory pool deallocate ListNode" << endl;
}
};
// 带头双向循环链表
class List
{
public:
List()
{
_head = new ListNode(-1);
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
}
void PushBack(int val)
{
ListNode* newnode = new ListNode(val);
ListNode* tail = _head->_prev;
tail->_next = newnode;
newnode->_prev = tail;
newnode->_next = _head;
_head->_prev = newnode;
}
~List()
{
ListNode* cur = _head->_next;
while (cur != _head)
{
ListNode* next = cur->_next;
delete cur;
cur = next;
}
delete _head;
_head = nullptr;
}
private:
ListNode* _head;
};
int main()
{
List l;
l.PushBack(1);
l.PushBack(2);
l.PushBack(3);
l.PushBack(4);
l.PushBack(5);
return 0;
}4. 定位new表达式（了解）
:yellow_heart: 对已有空间调用构造函数初始化一个对象。
定位new表达式在实际中一般是配合内存池使用。因为内存池分配出的内存没有初始化，所以如果是自定义类型的对象，需要使用new的定位表达式进行显式调构造函数进行初始化。构造函数不支持显式调用，都是在定义或者new的时候自动调用（析构函数可以显式调用，这个你写代码时候自动补齐都能看出来）
:yellow_heart: 使用格式
new(place_adress) type 或者
new(place_adress) type(initializer-list)- [ ]
place_adress： 必须是一个指针 - [ ]
initializer-list：是类型的初始化列表
:heart: 如下代码：在没使用定位new之前，p现在指向的只不过是与A对象相同大小的一段空间，不是一个对象，因为没有执行构造函数。
#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
A(int a = 0)
: _a(a)
{
cout << "A():" << this << endl;
}
~A()
{
cout << "~A():" << this << endl;
}
private:
int _a;
};
int main()
{
A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));
new(p1)A;
return 0;
}:yellow_heart: 说明：
A* p2 = new A;
delete p2;等价于 ——
A* p3 = (A*)operator new(sizeof(A));//注：operator new和malloc用法一致
new(p3) A;
p3->~A();
operator delete(p3);5. 面试题
5.1 malloc/free 和 new/delete的区别
【面试题】malloc/free 和 new/delete的区别
- 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
- 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:heart:
5.2 内存泄漏
动态申请的内存，不使用了，又不主动释放，就存在内存泄漏。
5.2.1 内存泄漏的危害
- 出现内存泄漏的进程正常结束，进程结束时这些内存会还给系统，不会有什么大伤害。
- 出现内存泄漏的进程非正常结束，比如僵尸进程(Linux详谈)。危害很大，系统会越来越慢，甚至卡死宕机。
- 需要长期运行的程序出现内存泄漏。危害很大，系统会越来越慢，甚至卡死宕机。
5.2.2 如何避免内存泄漏
养成良好的编码规范，申请的内存空间记着匹配的去释放。
ps：这个是理想状态。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。
void MemoryLeaks() { // 1.内存申请了忘记释放 int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int)); int* p2 = new int; // 2.异常安全问题 int* p3 = new int[10]; Func(); // 这里Func函数抛异常跳到catch,导致delete[] p3未执行，p3没被释放. delete[] p3; }- 事前预防型：如智能指针等。(后续详谈)
- 事后查错型：如泄漏检测工具。
5.3 如何一次在堆上申请4G的空间
32位平台下，堆大小也就在2G左右，很难一次开出来。可以改成x64平台。
" title="">
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
void* p = new char[0xfffffffful];
cout << "new:" << p << endl;
return 0;
}
持续更新~
