C++/C的内存管理

简介: 本文主要讲解C++/C中的程序区域划分与内存管理方式。首先介绍程序区域,包括栈(存储局部变量等,向下增长)、堆(动态内存分配,向上分配)、数据段(存储静态和全局变量)及代码段(存放可执行代码)。接着探讨C++内存管理,new/delete操作符相比C语言的malloc/free更强大,支持对象构造与析构。还深入解析了new/delete的实现原理、定位new表达式以及二者与malloc/free的区别。最后附上一句鸡汤激励大家行动缓解焦虑。

1.了解 C++/C当中程序区域的划分的

首先,学习内存管理,我们要知道,在C++/C当中程序区域是如何划分的。

1.内核空间 :用户代码不能读写的,所以这里我这里暂时不做介绍。

2.栈:栈,又名堆栈,非静态局部变量/函数参数/返回值等,栈是向下增长的。

3.内存映射段:(这个要学习Linux才有所了解,这里也暂时不做科普,影响不大)

4.堆:用于程序运行时动态内存分配,堆可以向上分配的。

5.数据段:存储静态变量和全局变量。

6.代码段:存放可执行代码/可读常量。

2.C++内存管理方式
对于以前C语言的malloc,realloc,calloc,的对于内存管理方式,用于C++,很多地方就会无能为力,并且使用麻烦。所以C++,提出了自己的内存管理方式:通过new/delete操作符进行动态内存管理。

2.1.new/delete操作内置类型

2.2new/delete操作自定义类型

注意!!!,在申请自定义类型空间时,,new会调用构造函数,delete会调用析构函数,总而言之,new是开辟空间+初始化(无论是内置类型还是自定义类型)。

3.operator new和operator delete函数
1.new和delete是用户进行动态内存申请空间和释放空间的操作符,operator new和operator delete是系统提供的全局函数,new在底层实际上是调用operator new来进行申请空间,delete在底层通过operator delete全局函数来释放空间。

2.operator new 实际也是通过malloc来申请空间,但如果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。(所以,malloc开辟空间失败是返回NULL,而new是抛异常不是返回NULL)

4.new和delete的实现原理
4.1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(但使用new可以同时对内置类型变量进行初始化),不同的地方是:new/delete申请和释放的是单个元素的空间,newT[]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

4.2 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。

newT[]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。

5.定位new表达式(placement-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。
使用格式:
new (place_address) type或者new (place_address) type(initializer-list)
place_address必须是一个指针,initializer-list是类型的初始化列表
使用场景:
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的定义表达式进行显示调构造函数进行初始化。

6.new/delete和malloc/free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。

今日份鸡汤:“缓解焦虑的最好办法就是,现在去做让你焦虑的事。”

感谢大家的支持!!!

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