目次
1. C/C++内存分布
2. C语言中动态内存管理
3. C++内存管理方式
3.1 new/delete操作内置范例
3.2 new和delete操作自定义范例
4. operator new和operator delete函数
4.1 operator new和operator delete函数
5. new和delete的实现原理
5.1 内置范例
5.2 自定义范例
6. 定位new表达式(placement-new)
7. malloc/free和new/delete的区别
1. C/C++内存分布
分析:
- 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,做进程间通讯。
- 堆用于程序运行时动态内存分配,堆是向上增长的。
- 数据段--存储全局数据和静态数据。
- 代码段--可实行的代码/只读常量。
- 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* pchar = "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);
- }
复制代码- /*
- globalvar在:数据段(静态区)
- staticGlobalvar在:数据段(静态区)
- staticvar在:数据段(静态区) - Test函数结束以后staticvar变量不销毁
- localvar在:栈
- num1在:栈
- char2在:栈 - char2和num1一样都是数组,数组名表示首元素的地址,
- 存的是地址,在栈上
- *char2在:栈 - char2在进行运算的时候代表整个数组,整个栈上的数组
- pchar3在:栈 - 局部的指针,也是在栈上。
- *pchar3在:代码段(常量区) - pchar3指向的是首元素的地址,
- 解引用得到首元素,而这个'a'就放在代码段(常量区)
- ptr1在:栈 - 局部的指针,在栈上
- *ptr1在:堆 - 解引用指向动态开辟的空间,在堆上
- */
复制代码
2. C语言中动态内存管理
1. malloc/calloc/realloc的区别是什么?
malloc实用于分配未初始化的内存块,calloc实用于分配并初始化的内存块,realloc实用于调整已有内存块的巨细。
2. malloc的实现原理。
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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,而且使用起来比力贫苦,因此C++又提出了自己的内存管理方式:通过new和deletc操作符进举措态内存管理。
3.1 new/delete操作内置范例
- int main()
- {
- //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
- int* ptr6 = new int[3];
- //动态申请10个int类型的空间并初始化 - 跟数组的初始化是一样的
- int* ptr7 = new int[3]{ 1,2,3 };
- int* ptr8 = new int[5]{ 1,2,3 };
- //释放
- delete ptr4;
- delete ptr5;
- delete[] ptr6;
- delete[] ptr7;
- delete[] ptr8;
- return 0;
- }
复制代码
申请和释放单个元素的空间,使用new和deletc操作符,申请和释放连续的空间,使用new[]和delete[],匹配起来使用。
3.2 new和delete操作自定义范例
- #include <iostream>
- using namespace std;
- 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/deeletc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;//没有默认构造就会报错,当然也可以自己传参
- //A* p3 = new A(1);//这里有点像匿名对象,但不是匿名对象
- //这是在堆上new一个对象,然后构造。然后把对象的地址返回给p3
- free(p1);//释放空间
- delete p2;//析构+释放空间 - 释放空间之前先调析构函数
- //创建多个对象
- A* p4 = (A*)malloc(sizeof(A) * 10);
- A* p5 = new A[10];//new了10个A对象,那么就会调用10次构造函数
- free(p4);
- delete[] p5;//析构的时候会对这10个对象依次析构,然后释放内存空间
- //创建多个对象并且初始化
- //A aa1(1);
- //A aa2(2);
- //A* p6 = new A[10]{aa1,aa2};//调用有名对象,后面的调默认构
- //造,没默认构造就报错
- //也可以直接用匿名对象
- //A* p6 = new A[10]{ A(1),A(2) };
- //也可以用隐式类型转换
- A* p6 = new A[10]{ 1,2 };//本质是构造临时对象,然后走拷贝构造,
- //编译器优化成了直接构造也是一样的
- delete[] p6;
- return 0;
- }
复制代码
前两个传参,背面直接调用默认构造。
没有默认构造的话代码就会出问题,所以一个类最好提供默认构造,可以镌汰不须要的贫苦。
new/deletc相比C语言的malloc/free正真的优势是针对自定义范例,自定义范例主要就是调用构造函数和析构函数,其次用法上面要方便一些,还有初始化上面也要方便一些,new多个对象的话就要用[ ],本质上就是调用多次构造和多次析构,
例子:构造一个链表
- struct ListNode
- {
- int _index;
- ListNode* _next;
- ListNode(int index = 1)
- :_index(index)
- ,_next(nullptr)
- {}
- };
- int main()
- {
- //new相当于开空间+调用ListNode的构造函数初始化
- ListNode* n1 = new ListNode(1);
- ListNode* n2 = new ListNode(2);
- ListNode* n3 = new ListNode(3);
- ListNode* n4 = new ListNode(4);
- n1->_next = n2;
- n2->_next = n3;
- n3->_next = n4;
- //释放
- delete n1;
- delete n2;
- delete n3;
- delete n4;
- return 0;
- }
复制代码 new/delete在内置范例用法上不需要强转,不需要计算巨细,会方便一些,本质上没有区别,自定义范例有区别,自定义范例new/deletc会调用构造和析构,如果是多个对象就会调用多次构造和析构,其他地方没啥区别。
4. operator new和operator delete函数
4.1 operator new和operator delete函数
new和delete是用户进举措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,不是运算符重载,new在底层调用operator new全局函数来申请空间,deletc在底层通过operator delete全局函数来释放空间。
- /*
- 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,如果该应对措施用户设置了,
- 则继续申请,否则抛异常。
- operator new本质是对malloc的一个封装
- 封装是因为malloc失败会返回0,而operaotr new失败之后会抛异常
- 异常是C++处理错误的一种方式
- */
- 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);
- }
- /*
- operator delete:该函数最终是通过free来释放空间的
- operator delete封装的不是free,而是封装的一个_free_dbg
- 的一个函数,其实_free_dbg就是free,其实库里面的free是一个
- 宏函数,所以我们也可以理解为operator delete就是对free的封装。
- */
- 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 - 底层也是调_free_dbg
- */
- #define free(p) _free_dbg(p, _NORMAL_BLOCK)
复制代码 通过上述两个全局函数的实现直到,operator new现实也是通过malloc来申请空间的,如果malloc申请空间成功就直接返回空间的地点,否则实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. new和delete的实现原理
5.1 内置范例
如果申请的是内置范例的空间,new和malloc,deletc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。
5.2 自定义范例
- 调用operator new函数申请空间
- 在申请的空间上实行构造函数,完成对象的构造
- 在空间上实行析构函数,完成对象中资源的清算工作
- 调用operator delete函数释放对象的空间
我们new一个对象最核心的代码就是这两句指令,new的底层的核心就是去调用两个函数,调用operator new申请空间,调用构造函数去初始化,没有new我们自己也可以做如许的动作,但是用new会方便一些。
delete最核心的代码也是调用两个函数,调用析构函数和operator delete去释放空间。
- 调用operator new[]函数.在operator new[]中现实调用operator new函数完成N个对象空间的申请。operator[]函数实在就是对operator new函数的一个封装。
- 在申请的我空间上实行N次构造函数
- 在释放的对象空间上实行N次析构函数,完成N个对象中资源的清算。
- 调用operator delete[]释放空间,现实在operator delete[]中调用operator delete来释放空间。operator delete[]实在就是对operator delete的封装。
C++中的抛异常:
- #include <iostream>
- using namespace std;
- void Func()
- {
- int* p1 = new int[1024 * 1024 * 100];//400MB
- cout << p1 << endl;
- int* p2 = new int[1024 * 1024 * 100];
- cout << p2 << endl;
- int* p3 = new int[1024 * 1024 * 100];
- cout << p3 << endl;
- int* p4 = new int[1024 * 1024 * 100];
- cout << p4 << endl;
- int* p5 = new int[1024 * 1024 * 100];
- cout << p5 << endl;
- //当申请p5的时候就会失败,因为没那么大内存了
- //弹出的框就是抛异常了。
- }
- int main()
- {
- Func();
- return 0;
- }
复制代码
那么我们就可以使用try catch来捕获异常。
- #include <iostream>
- using namespace std;
- void Func()
- {
- int* p1 = new int[1024 * 1024 * 100];//400MB
- cout << p1 << endl;
- int* p2 = new int[1024 * 1024 * 100];
- cout << p2 << endl;
- int* p3 = new int[1024 * 1024 * 100];
- cout << p3 << endl;
- int* p4 = new int[1024 * 1024 * 100];
- cout << p4 << endl;
- int* p5 = new int[1024 * 1024 * 100];
- cout << p5 << endl;
- //当申请p5的时候就会失败,因为没那么大内存了
- //弹出的框就是抛异常了。
- }
- int main()
- {
- try
- {
- Func();
- }
- catch (const exception& e)
- {
- cout << e.what() << endl;
- }
- return 0;
- }
复制代码
抛异常我们就捕获异常,然后代码直接跳到catch,背面的代码不再实行,这个就是抛异常的机制,这个异常是operator new抛出来的。
new从底层的角度要转换成调用开operator new函数和构造函数,operator new封装一下malloc是由于malloc失败是返回0,不符合这里的需求,封装了一下调用operator new,失败的话就会抛异常,这就是库内里operator new封装malloc的意义。
注意:这个代码要在x86下运行,x86是32位,x64是64位,64位的话虚拟进程地点空间就要大很多,由于32位的程序是2^32次方字节, 也就是4G,64位环境下虚拟进程地点空间就是2^64次方,要大很多,所以就不会申请空间失败。也就不会捕获异常。
operator new我们是可以直接使用的
- class A
- { };
- //operator new我们是可以直接使用的
- int main()
- {
- //跟malloc区别是失败会抛异常,所以不用检查返回值
- //但是没有调用构造函数
- //new也一样,不用检查返回值
- A* p1 = (A*)operator new(sizeof(A));
- return 0;
- }
复制代码 6. 定位new表达式(placement-new)
定位new表达式是在已分配的原始内存中调用构造函数初始化一个对象。
使用格式:
new (place_address) type大概new (place_address) type(initializer-list)
place_address必须是一个指针,initializer-list是范例的初始化列表
使用场景:
定位new表达式在现实中一样平常是配合内存池使用。由于内存池分配出的内存没有初始化,所以如果是自定义范例的对象,需要使用new的定义表达式进行表现调构造函数进行初始化。
- #include <iostream>
- using namespace std;
- class A
- {
- public:
- A(int a = 1)
- :_a(a)
- {
- cout << "A():" << this << endl;
- }
- ~A()
- {
- cout << "~A():" << this << endl;
- }
- private:
- int _a;
- };
- int main()
- {
- //构造函数是没办法显示调用的
- //也就是说new没办法拆分为operator new和调拷贝构造
- A* ptr1 = (A*)operator new(sizeof(A));
- //ptr1->A(1);//err
- //相对这块显示调用构造函数的空间的用法叫做定位new
- new(ptr1)A(101);//这个时候就会对p1指向的空间调用构造函数初始化
- //析构函数支持显示调用
- ptr1->~A();
- operator delete(ptr1);
- //上半部分就充当了new的功能,下半部分就充当
- //了detete的功能,和new和delete达到的效果一摸一样
- return 0;
- }
- /*
- 但是平时不会这样写,这个定位new和显示调用析构
- 有些地方为了提高效率申请内存的时候如果直接用new
- 的话底层就是调operator new,也就是说调malloc了,
- 这种方式效率比较低,那么就会写一个叫内存池的东西
- 那如果我的空间是从我的内存池出来的,那就开好了空间
- 初始化的话就要用定位new去初始化,析构就是显示调用
- 析构,然后释放内存池,
- */
复制代码 7. malloc/free和new/delete的区别
malloc/free和new/delete的共同点是:都是从堆上申请空间,而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,需要手动计算空间巨细并传递,new只需在其背面跟上空间的范例即可,如果是多个对象,[ ]中指定对象个数即可。
- malloc的返回值是void*,在使用的时候必须强转,new不需要,由于new背面跟的是空间的范例。
- malloc申请空间时,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。
- 申请自定义范例对象时,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算释放。
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