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学习目标
1. C/C++内存分布
2. C/C++动态内存管理
2.1 C动态内存管理
2.2 C++动态内存管理:
3. operator new与operator delete函数
4. new和delete的实现原理
5. 定位new表达式
学习目标
1. C/C++内存分布
2. C/C++动态内存管理(malloc,free 与new ,delete)
3. operator new与operator delete函数
4. new和delete的实现原理
5. 定位new表达式(placement-new)
1. C/C++内存分布
C/C++的内存分布:栈,堆,静态区,代码段
- 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。用户可使用系统接口创建共享共享内存,做进程间通信。(Linux课程如果没学到这块,现在只需要了解一下)
- 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。
代码:
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);
}
2. C/C++动态内存管理
2.1 C动态内存管理
C语言中动态内存管理方式:malloc/calloc/realloc/free
代码:
void Test ()
{
int* p1 = (int*) malloc(sizeof(int));
free(p1);
int* p2 = (int*)calloc(4, sizeof (int));
int* p3 = (int*)realloc(p2, sizeof(int)*10);
free(p3 );
}
--malloc/calloc/realloc的区别是什么?
1.malloc函数用于分配指定大小的内存块(它只分配内存,不会初始化内存块中的内容)
2.calloc会将内存块的内容初始化为0
3.realloc用于更改先前分配的内存块的大小。(原地修改/重新开一块空间)
2.2 C++动态内存管理:
C++动态内存管理:通过new和delete操作符进行动态内存管理
1.内置类型
代码:
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10
int* 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.自定义类型
代码:
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)); // C
int* 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。
3. operator new与operator delete函数
- 1.new和delete是用户进行动态内存申请和释放的操作符
- 2.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
代码:
operator new:
//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,如果该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:
//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)
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的实现原理
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
2.自定义类型
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
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
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
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. 定位new表达式
作用: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: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
代码:
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 new
int 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;
}