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[C++知识库]C++基础精讲篇第11讲:异于C语言的C++内存管理分布特性讲解

????????本节主要围绕C语言及C++中的动态内存管理方式之间的异同点展开详细介绍,下面跟着博主一起学习吧。

目录

?1、C/C++程序内存区域划分

2、C++内存管理方式

2.1 new/delete操作内置类型

2.2?new/delete操作自定义类型

3、operator new和operator delete函数

3.1?operator new函数

?3.2?operator delete函数

4、new和delete实现原理

4.1 内置类型

4.2 自定义类型

5、malloc/free与new/delete的区别

6、内存泄露相关概念

6.1 什么是内存泄漏

6.2 内存泄漏分类

1、C/C++程序内存区域划分

??????????为了让大家明白在C语言/C++中内存分方式,以下面代码做简要介绍。

? ? ? ? 内存分布示意原理:

?补充说明:

: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。

: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。? ?

2、C++内存管理方式

????????在C语言中,我们知道动态开辟内存空间的函数有malloc/calloc/realloc/free,而在C++中,C语言这一套内存管理方式仍然适用,但有些地方却无能为力,甚至有些地方会比较麻烦,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。

2.1 new/delete操作内置类型

?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[],注意二者之间的配合使用。

2.2?new/delete操作自定义类型

?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和free并不会,此外,利用new和delete会简化动态开辟空间的用法,并不需要检查返回值,只需要在外面使用(try? ?catch做检查即可),如下所示:

3、operator new和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。

补充说明:注意这里的operator new函数和operator delete函数并不是对new和delete的运算符重载,new和delete对应的函数就是全局函数。

3.1?operator new函数

????????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。

?3.2?operator delete函数

????????operator delete: 该函数最终是通过free来释放空间的。

?总结: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

4、new和delete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;

5、malloc/free与new/delete的区别

共同点:二者都是从堆上申请空间,并且需要用户手动释放

不同点:分为语法使用区别和本质功能区别

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;

6、内存泄露相关概念

6.1 什么是内存泄漏

内存泄漏:指因为疏忽或错误造成程序未能释放已经不再使用的内存的情况。内存泄漏并不是指内存在物理上的消失,而是应用程序分配某段内存后,因为设计错误,失去了对该段内存的控制,因而造成了内存的浪费。
内存泄漏的危害:长期运行的程序出现内存泄漏,影响很大,如操作系统、后台服务等等,出现内存泄漏会导致响应越来越慢,最终卡死。

6.2 内存泄漏分类

堆内存泄漏:堆内存指的是程序执行中依据须要分配通过malloc / calloc / realloc / new等从堆中分配的一块内存,用完后必须通过调用相应的 free或者delete 删掉。假设程序的设计错误导致这部分内存没有被释放,那么以后这部分空间将无法再被使用,就会产生Heap Leak。

系统资源泄漏:指程序使用系统分配的资源,比方套接字、文件描述符、管道等没有使用对应的函数释放掉,导致系统资源的浪费,严重可导致系统效能减少,系统执行不稳定。

????????因此 ,我们在写代码时一定要特别注意内存空间释放。不过在大型工程项目的时候,我们也可以借助第三方工具进行辅助检查。? ? ? ? ?

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