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C++ 内存管理

article 2025/3/15 6:29:35

引言

前面咱介绍了类和对象的内容，接下来我们就要进一步深入C++了，这一期咱们来讲解C++中的内存管理

1，C / C++ 的内存分布

C++是在C语言的基础上发展起来的，C++ 由于面向对象和一些高级特性，在内存管理和对象生命周期方面比C语言更加复杂和灵活，但是两者的内存分布是大差不差的。

回顾一下C语言的内存分布

~只读常量和常量字符串存储在代码段（常量区）

~static 修饰的变量和全局变量存储在数据段（静态区）

~局部变量存储在栈区

~malloc / calloc / realloc 开辟的空间是在堆上

说明

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。

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

这里就简单和大家回顾一下，就不细讲了。

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。

3_1, new/delete 对于内置类型的使用

从上面的图我们就可以看出来，new使用起来是比malloc等要方便很多的，不需要强转，不用计算开辟空间的大小，还可以在开辟后进行初始化。

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对于自定义类型的使用

在上面new和delete对于内置类型的操作可能大家还感受不到特别大的进化，那是因为new和delete的重点操作对象是内置类型

上图很清晰的显示了，new一个A的对象出来，好像自动调用了A的构造函数，delete会调用A的析构函数，没错事实就是这样的。

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

内置类型是几乎是一样的。

注意：这里new可以给出参数去调用构造函数，如果没有显示给出参数且没有默认构造函数会报错。

4，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在底层通过operator delete全局函数来释放空间。

咱们这里看一下他们的源代码

/*
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)
{
	// 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
*/
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
*/
#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。