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CC++的内存管理

article 2025/3/6 0:47:29

1、C/C++内存划分

C语言的动态内存管理

malloc

calloc

realloc

free

C++的动态内存管理

new和delete

operator new函数和operator delete函数

new和delete的原理

new T[N]原理

delete[]的原理

1、C/C++内存划分

1、栈：存有非静态局部变量、函数参数、返回值等。

2、内存映射段：用于装载共享的动态内存库，用户可使用系统接口创建共享内存，做进程间通信。

3、堆：用于程序运行时动态内存的分配。

4、数据段：存有全局数据和静态数据。

5、代码段：存有可执行代码、只读变量。

2、C语言的动态内存管理

C语言使用malloc、calloc、relloc、free等函数管理动态内存。

malloc

void* malloc (size_t size);

功能：向堆申请一块size字节连续可用的空间，并返回指针，

开辟成功返回指向已开辟好的空间的指针

开辟失败则返回空指针

calloc

void* calloc (size_t num, size_t size);

功能：为num个大小为size字节的元素向堆申请开辟一块空间，并且把空间的每个字节都初始化为0。

与malloc区别在于，malloc不会初始化。

realloc

void* realloc (void* ptr, size_t size);

功能：重新分配内存块，该内存块后面有足够的空间就进行原地扩容，不够就异地扩容（在堆上找另一块空间合适的连续空间使用，先将原来内存的数据拷贝到这个内存块中，在释放原来的空间）

free

void free (void* ptr);

功能：释放分配的空间。如果参数ptr指向的空间不是动态开辟的，那free函数的行为是未定义的。如果参数ptr是NULL指针，则函数什么事都不做。

3、C++的动态内存管理

new和delete

C++兼容C语言。C语言内存管理方式虽然在C++中可以继续使用，但在有些地方并不够完善，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。

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。

new对应delete，new[]对应delete[]，必须两两匹配，不匹配的话就是未定义行为。

operator new函数和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。

operator new函数功能：

1、调用malloc去分配空间，申请成功就直接返回

2、申请空间失败，就会抛出异常

operator delete函数功能：

operator delete 最终是通过free来释放空间的。

扩展（不重要）：

operator new源码

/*
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)
{
	void* p;
	while ((p = malloc(size)) == 0)
		if (_callnewh(size) == 0)
		{
			// 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源码

#define free(p) _free_dbg(p, _NORMAL_BLOCK)
void operator delete(void *pUserData)
{
     _CrtMemBlockHeader * pHead;
     RTCCALLBACK(_RTC_Free_hook, (pUserData, 0));
     if (pUserData == NULL)
         return;
     _mlock(_HEAP_LOCK);
     __TRY
         pHead = pHdr(pUserData);
         _ASSERTE(_BLOCK_TYPE_IS_VALID(pHead->nBlockUse));
         _free_dbg( pUserData, pHead->nBlockUse );
     __FINALLY
         _munlock(_HEAP_LOCK);
     __END_TRY_FINALLY
     return;
}

new和delete的原理

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。

new的原理

new等价于operate new()+构造函数，先申请空间，后在申请的空间上调用构造，operate new()并不是new的重载，因为其参数没有自定义类型。

/*
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)
{
	void* p;
	while ((p = malloc(size)) == 0)
		if (_callnewh(size) == 0)
		{
			// 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);
}

由底层代码可以看出operator new是对malloc的封装。

delete原理

delete等价于operator delete()+析构函数，先调用析构，再用operator delete释放对象空间。

#define free(p) _free_dbg(p, _NORMAL_BLOCK)
void operator delete(void *pUserData)
{
     _CrtMemBlockHeader * pHead;
     RTCCALLBACK(_RTC_Free_hook, (pUserData, 0));
     if (pUserData == NULL)
         return;
     _mlock(_HEAP_LOCK);
     __TRY
         pHead = pHdr(pUserData);
         _ASSERTE(_BLOCK_TYPE_IS_VALID(pHead->nBlockUse));
         _free_dbg( pUserData, pHead->nBlockUse );
     __FINALLY
         _munlock(_HEAP_LOCK);
     __END_TRY_FINALLY
     return;
}

由底层代码可以看出operator delete()调用了free。

针对有资源要释放的对象时，必须使用delete，free只是释放了对象的空间却没有释放对象内部的空间。