文章目录
- 1.C/C++内存分布
- 2.C语言中动态内存管理：malloc/realloc/calloc
- 3.C++内存管理方式
- 3.1 new/delete操作内置类型
- 3.2 new和delete操作自定义类型
- 4.malloc/free和new/delete到底什么区别？
- 4.1 对于自定义类型
- 4.2 对于自定义类型
- 4.3 总结：它们的区别
- 5.补充
- 5.1 难道new[]必须和delete[]搭配使用吗？
- 5.2 operator new与operator delete函数
- 5.3 new和delete的实现原理
- 5.3.1 内置类型
- 5.3.2 自定义类型
- 5.4 定位new表达式(placement-new)
1.C/C++内存分布
我们先来看如下一段代码：
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);
}
Q1：选择题
选项: A.栈 B.堆 C.数据段(静态区) D.代码段(常量区)
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
Q2：
char2在哪里？A
*char2在哪里？A
pChar3在哪里？A
*pChar3在哪里？D
ptr1在哪里？A
*ptr1在哪里？B
对于Q1比较简单，Q2少有难度，我们先看如下解释：
- 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知识点）
- 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。
来分析一下Q2，对于char2，它是一个普通字符串（不是常量字符串，本人当时搞混了），"abcd"应该是存放在栈当中的，char2应该是首元素字符a的地址，所以char2是被存放到栈当中的，其中内容应该是字符a的地址，所以说char2是在栈当中的。对于 *char2 它是对地址的解引用也是在栈当中。
注意对于pchar3：const char* pChar3 = "abcd";const修饰的是 * pchar3，不是char3，说明pchar3指向的内容是不允许修改的，并不是指针pchar3不可以改变指向。
其他就都很简单啦。
2.C语言中动态内存管理：malloc/realloc/calloc
void Test ()
{
// 1.malloc/calloc/realloc的区别是什么？
int* p2 = (int*)calloc(4, sizeof (int));
int* p3 = (int*)realloc(p2, sizeof(int)*10);
// 2.这里不需要free(p2)
free(p3 );
}
可以详细看这篇博客：C语言动态内存开辟
3.C++内存管理方式
C语言内存管理方式在C++中可以继续使用，但有些地方就无能为力，而且使用起来比较麻烦，因此C++又提出了自己的内存管理方式：通过new和delete操作符进行动态内存管理。
3.1 new/delete操作内置类型
示例：
void Test()
{
// 动态申请一个int类型的空间
int* ptr4 = new int;
// 动态申请一个int类型的空间并初始化为10
int* ptr5 = new int(10);
// 动态申请10个int类型的空间，也可以初始化
int* ptr6 = new int[3]{1, 2, 3};
delete ptr4;
delete ptr5;
delete[] ptr6;
}
注意：申请和释放单个元素的空间，使用new和delete操作符，申请和释放连续的空间，使用new[]和delete[]，注意：匹配起来使用。
3.2 new和delete操作自定义类型
class A
{
public:
A(int a = 1)
:_a(a)
{
cout << "A():" << this << endl;
}
~A()
{
cout << "~A():" << this << endl;
}
private:
int _a;
};
int main()
{
// new/delete 和 malloc/free最大区别是
// new/delete对于【自定义类型】除了开空间
//还会调用构造函数和析构函数
A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));
A* p2 = new A(1);
free(p1);
delete p2;
// 内置类型是几乎是一样的
int* p3 = (int*)malloc(sizeof(int)); // C
int* p4 = new int;
free(p3);
delete p4;
A* p5 = (A*)malloc(sizeof(A) * 10);
A* p6 = new A[10];
free(p5);
delete[] p6;
return 0;
}
注意：在申请自定义类型的空间时，new会调用构造函数，delete会调用析构函数，而malloc与free不会。
4.malloc/free和new/delete到底什么区别？
4.1 对于自定义类型
对于自定义类型，malloc和new本质上是没有任何区别的，只不过在开创内存失败的时候，malloc需要我们手动来写个判断条件，看开辟的内存是否成功，而new会给我们抛一个异常，我们来解释一下抛异常概念：
double Divide(int a, int b)
{
// 当b == 0时抛出异常
if (b == 0)
{
string s("Divide by zero condition!");
throw s;
}
else
{
return ((double)a / (double)b);
}
return 0;
}
int main()
{
try
{
int len, time;
cin >> len >> time;
cout << Divide(len, time) << endl;
}
catch (const string& s)
{
cout << s << endl;
}
return 0;
}
虽然堆区是很大的，但是当我们开辟的空间太大时，也可能会报错，我们来看malloc和new的区别：
new方式：（这里电脑太卡了，截图没有保存到）
void func()
{
int i = 1;
while (1)
{
int* p1 = new int[1024 * 1024 * 1024];//每次开辟1GB
cout << i << "->" << p1 << endl;
i++;
}
}
int main()
{
try
{
func();
}
catch (const std::exception& e)
{
cout << e.what() << endl;
}
return 0;
}
我的电脑大概跑了12次，也就是堆区大概有12G的空间，之后会报bad alloction。可惜的是截图没有截到，不能在跑了，太卡了。
对于malloc方式，我们必须手动写判断语句，不然程序直接崩溃。
4.2 对于自定义类型
class A
{
public:
A(int a1 = 0, int a2 = 0) //构造函数
:_a1(a1)
,_a2(a2)
{
cout << "A()" << this << endl;
}
~A() //析构函数
{
cout << "~A()" << this << endl;
}
private:
int _a1;
int _a2;
};
int main()
{
A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));
A* p2 = new A(1, 1);
free(p1);
delete(p2);
//A* p5 = (A*)malloc(sizeof(A) * 10);
//第一种初始化方式
//A a1(1), a2(2), a3(3);
//A* p6 = new A[3]{a1, a2, a3};
//A a1 = { 1,1 };
//第二种初始化方式：注意必须要用花括号括起来
//A* p6 = new A[10]{ {1,1}, {2,2}, {3,3} };
//A* p6 = new A[10];
//free(p5);
//delete[] p6;
return 0;
}
4.3 总结：它们的区别
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：
- 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，如果是多个对象，[]中指定对象个数即可
- 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释放
5.补充
5.1 难道new[]必须和delete[]搭配使用吗？
看这张图片，我们new了一个数组，却是用delete并不是delete[]，也没有报错，是因为delete本质上其实就是free，在以前我们malloc开辟数组的时候，也只需要free他的首地址就可以了，这里是一样的道理，但是我们推荐写delete[]，这样浅显易懂，知道我们开辟的是数组。
看，上面就报错了。
Q：我们可以发现一件事情，为什么程序在执行完第一个析构函数后就崩溃了呢？
A：这里就不得不提一下new[]的原理了，其实，使用new[]，系统用会帮助我们再开辟四个字节的地址，放在指针p的前面，他主要的作用就是记录我们开辟了多少了自定义类型A，目的是为了之后析构，不然他不知道析构多少次，这也就是为什么在第一个析构函数制之后崩溃，就是因为程序不知道要析构几次。所以这里就必须要写上delele[]，就是记录了开辟多少个自定义类型A。
5.2 operator new与operator delete函数
new和delete是用户进行动态内存申请和释放的操作符，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。
这里有一段他们底层的代码，我们就不看了，我们直接记下结论：
operator new 实际也是通过malloc来申请空间，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。
5.3 new和delete的实现原理
5.3.1 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，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。
5.3.2 自定义类型
- new原理
- 调用operator new函数申请空间
- 在申请的空间上执行构造函数，完成对象的构造
- delete原理
- 在空间上执行析构函数，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
- new A[N]原理
- 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
- 在申请的空间上执行N次构造函数
- delete[]的原理
- 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
- 调用operator delete[]释放空间，实际在operator delete[]中调用operator delete来释
放空间
5.4 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。
示例：
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;// 注意：如果A类的构造函数有参数时，此处需要传参
//p1->A(); // 不支持
p1->~A();
free(p1);
A* p2 = (A*)operator new(sizeof(A));
new(p2)A(10);
p2->~A();
operator delete(p2);
return 0;
}
