C++基础语法(内存管理)

简介: C++基础语法(内存管理)

我们在学习C语言的时候,可以在栈区中使用内存空间,但栈区的空间毕竟很有限而且随着栈的销毁,该栈里的数据都会被销毁掉。因此我们学习了堆,堆的空间比栈要大很多很多,并且堆区空间的数据,只要我们不主动释放,在程序中会一直保存,直到该程序停止运行

那么C语言中开辟堆空间的函数主要有三个,malloc,realloc,calloc这三剑客我们都很熟悉了,那么既然我们学习了C++,就要学习C++中动态开辟内存的函数,C++中动态开辟内存的只有new,虽然只有这一个,但是可并不是那么简单的,这篇博客,都将围绕着new来进行讲解,并解释new和C语言中的三剑客的区别


new和delete的用法

在C++中,我们可以继续使用C语言动态开辟内存三剑客,但是在一些情况下,就不是那么好用了,因此,C++设计了自己的动态内存开辟和释放的方式,那就是new和delete

C++中用new来开辟动态内存,如果是开辟单个元素的空间

那么我们直接使用new后面接上类型名就可以,看下面的示例代码

//开辟单个int类型的元素空间
int *p = new int;
//释放单个int类型的元素空间
delete p;
//开辟单个double类型的元素空间
double *p = new double;
//释放单个double类型的元素空间
delete p;

如果是开辟连续的元素空间,那么就可以使用new typename[n], "[]"中的n表示要开辟的元素的个数,typename表示数据类型名称

释放该连续空间时,使用delete [],看下面的实例代码

//开辟连续int类型的元素空间
int *p = new int[10];
//释放连续int类型的元素空间
delete[] p;
//开辟连续double类型的元素空间
double *p = new double[10];
//释放连续double类型的元素空间
delete[] p;

new和C语言动态开辟三剑客的区别

你可能会想,这和C语言的动态开辟内存有很大的区别吗?无非是写法变得简单了一些,有必要为此重新设计吗?

有这样的想法很正常,因为在开辟内置类型空间,比如double,int,char等时区别是不大,但是在开辟类的对象时,情况就不一样了,C语言中没有关于类的相关概念,因此用C语言的三剑客开辟并不会调用该类的构造函数,用free释放该内存空间时,也不会调用析构函数,这就会导致一个很严重的问题,类就没法正常使用了

但是使用new和delete就不一样了,使用new开辟一个类的内存空间时,会同时调用该类的构造函数,完成初始化工作,相应的,释放该内存空间时,也要用delete来释放,因为delete不仅会释放空间,同时会调用该类的析构函数,完成对类的释放,如果用new开辟一个类的内存空间而不用delete来释放,就可能会导致内存泄漏


new和delete的实现原理

上面我们说到在使用new和delete进行开辟和释放时,一定要匹配使用,例如使用new[]开辟了一段连续的内存空间,而使用delete而不是delete[]来释放,就很可能会造成程序崩溃,这是因为delete释放的底层实现决定的

如果你使用new开辟了单个元素空间,而使用delete[]来进行释放,那么delete会回退一个int空间,取一个随机值,然后释放,可能导致程序直接崩溃 

如果你开辟了一个类的一段连续内存空间,使用delete而不是delete[]来释放,那么程序会崩溃,而如果你屏蔽掉该类的析构函数,那么也有可能会编译通过,这是因为在delete空间时,如果你写了析构函数,那么在new的时候就会多开辟一个int类型的空间,来记录开辟元素的个数,再使用delete是不会回退一个int空间,这就少释放了一个int类型空间,从而编译报错。而你屏蔽掉析构函数之后,编译器自己生成析构函数,本来就什么都不干,编译器会认为析构不析构都无所谓,便偷懒,不再创建这个int类型的空间,这个时候再编译可能就不会再报错了

new和delete实际上是会在底层调用其他函数

使用new时会调用函数 operator new

使用new[]时会调用函数 operator new[]

delete也是如此

使用delete时会调用函数 operator delete

使用delete[]时会调用函数 operator delete[]

但是注意,这不是对new的操作符重载,而是这个函数名就叫operatorxxx

事实上new的底层实现仍然是调用malloc,只不过加了一层封装,可以返回异常,实现调用构造函数,同样的,delete底层也是在调用free


内存泄漏的原因及避免和检查方法

我们更加关注两个方面的内存泄漏

1.堆内存泄漏

堆内存泄漏多是因为我们使用malloc,realloc,new等在堆区开辟的内存空间,在使用完毕后没有及时释放掉,导致指向这块开辟空间的指针丢失,从而造成内存空间一直被占据,再也无法释放掉

也并不是说只要我们写了释放指令,就一定能够释放掉开辟过的内存空间,这个也与程序的逻辑结构有关,看下面一段程序

void test() {
    int* p = new int[10];
  //do something
  //do something
  if (/*xxx is true*/) {
    return;
  }
  //do something
  delete[] p;
  return;
}
int main() {
  test();
  return 0;
}

如果上述代码中if为真,你直接返回掉了,那么此时就会导致内存泄漏问题,即使你写了delete语句,但是因为程序逻辑结构导致这个语句并未执行就直接退出,从而造成了内存泄漏,可见内存泄漏要从多方面考虑,尤其是在提前退出返回的地方,要特别注意

2.系统资源泄漏

主要是指程序使用系统分配的资源,比方套接字、文件描述符、管道等没有使用对应的函数释放掉,导致系统资源的浪费,严重可导致系统效能减少,系统执行不稳定

这个就要求我们打开某些文件,一定要接上关闭函数,不然会导致资源一直被占用,一旦该资源的指针丢失,那么内存就会泄漏

如果程序中出现了内存泄漏的问题,我们可以使用相关的内存泄漏检测工具来检测哪里出了问题,但这样做不仅耗时耗力,而且很多工具都是收费使用,因此我们平时一定要养成良好的编程习惯,可以使用C++提供的智能指针,提前预防内存泄漏

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