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C/C++内存管理:new、delete功能及原理实现

29 人参与  2024年02月27日 18:26  分类 : 《随便一记》  评论

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目录

一、C/C++内存分布

二、C++中内存管理方式

2.1new/delete操作内置类型

2.2 new和delete操作自定义类型

三、operator new与operator delete函数

四、new和delete的实现原理

4.1内置类型

4.2自定义类型

五、定位new


一、C/C++内存分布

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);}
 一、globalVar在哪里?____   staticGlobalVar在哪里?____   staticVar在哪里?____   localVar在哪里?____   num1 在哪里?____      char2在哪里?____   *char2在哪里?___   pChar3在哪里?____      *pChar3在哪里?____   ptr1在哪里?____        *ptr1在哪里?____二、 sizeof(num1) = ____;    sizeof(char2) = ____;      strlen(char2) = ____;   sizeof(pChar3) = ____;     strlen(pChar3) = ____;   sizeof(ptr1) = ____;三、sizeof 和 strlen 有什么区别?

1. 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. 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。

二、C++中内存管理方式

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

2.1new/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[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。

2.2 newdelete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

三、operator newoperator 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。
/*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

四、newdelete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,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。

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 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

五、定位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;}


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