1. C/C++内存分布
1. 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。 2. 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。 3. 堆 用于程序运行时动态内存分配,堆是可以上增长的。 4. 数据段 -- 存储全局数据和静态数据。 5. 代码段 -- 可执行的代码 / 只读常量。2. C语言中动态内存管理方式:malloc/calloc/realloc/free
void Test (){int* p1 = (int*) malloc(sizeof(int));free(p1);// 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);// 这里需要free(p2)吗?free(p3 );}
【面试题】 一. malloc/calloc/realloc 的区别? 相同点:
1.都是从堆上申请空间2.都需要对返回值判空3.都需要用户free释放4.返回值类型相同(void*)5.都需要类型转化6.底层实现上是一样的,都需要开辟多余的空间,用来维护申请的空间不同点:
1.函数名字不同和参数类型不同。2.calloc会对申请空间初始化,并且初始化为0,而其他两个不会。3.malloc申请的空间必须使用memset初始化4.realloc是对已经存在的空间进行调整,当第一个参数传入NULL的时候和malloc一样调整分为两种情况:
a:调整的空间比原有空间大:
大了一点:多出来的空间小于小于下面空闲的空间;
做法:
大了很多:多出来的空间,大于下面空闲空间
做法:
b.调整的空间比原有空间小:
做法:
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 。(主要是方便对自定义类型进行内存管理)3.1 new/delete操作内置类型
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10int* ptr5 = new int(10);// 动态申请10个int类型的空间int* ptr6 = new int[10];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 = 0): _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)); // Cint* 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. operator new与operator delete函数
4.1 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 在底层调用 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 bytesvoid *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*/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_FINALLYreturn;}/*free的实现*/#define free(p) _free_dbg(p, _NORMAL_BLOCK)
通过上述两个全局函数的实现知道, 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 。(初学者可以近似理解为operator new=malloc+抛异常, new=operator new+构造函数) 5. new和delete的实现原理
5.1 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 。5.2 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new T[N]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。
class A{public:A(int a = 0): _a(a){cout << "A():" << this << endl;}~A(){cout << "~A():" << this << endl;}private:int _a;};// 定位new/replacement newint main(){// p1现在指向的只不过是与A对象相同大小的一段空间,还不能算是一个对象,因为构造函数没有执行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();free(p1);A* p2 = (A*)operator new(sizeof(A));new(p2)A(10);p2->~A();operator delete(p2);return 0;}