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C++ 内存管理

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。

5. new和delete的实现原理

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。

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

~delete的原理

        1)在申请的空间上调用析构函数,完成对象中的资源的清理

        2)调用operator delete函数释放申请的空间

~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,malloc/free和new/delete的区别

        1)本质上 : malloc / free 是函数  new / delete 是操作符

        2)使用上 : malloc 需要手动计算开辟空间的大小,返回值位 void* 实际使用中要强转

                              new 不用计算开辟空间的大小,且可以进行初始化

        3)申请失败时 : malloc 返回 NULL   new抛异常

        4)底层功能: malloc / free 仅仅完成开空间和收空间,new在开完空间后会调用构造函                                       数, delete 在回收空间前会调用析构函数来进行对象资源的清理


http://www.kler.cn/a/585174.html

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