C++动态内存管理

释放双眼,带上耳机,听听看~!

一、C语言内存管理

1.申请空间

(1)void* malloc(unsigned size);

在内存的动态存储区中分配一块长度为size字节的连续区域,参数size为需要内存空间的长度,返回该区域的首地址,malloc 分配的内存是位于堆中的,并且没有初始化内存的内容,malloc之后,可调用函数memset来初始化这部分的内存空间。

(2)void* calloc(size_t numElements, size_t sizeOfElement); 

calloc 则将初始化这部分的内存,设置为0,与malloc相似,参数sizeOfElement为申请地址的单位元素长度,numElements为元素个数,即在内存中申请numElements*sizeOfElement字节大小的连续地址空间

(3)void* realloc(void* ptr, unsigned newsize);  

realloc 则对malloc申请的内存进行大小的调整,给一个已经分配了地址的指针重新分配空间,参数ptr为原有的空间地址,newsize是重新申请的地址长度,realloc是从堆上分配内存的,当扩大一块内存空间时,realloc()试图直接从堆上现存的数据后面的那些字节中获得附加的字节,如果数据后面的字节不够,堆上第一个有足够大小的自由块,现存的数据然后就被拷贝至新的位置,而老块则放回到堆上,数据可能被移动

2.销毁空间

free

C语言中的 free 是用来释放内存空间的,释放的是指针所指向的内存空间,释放完之后要将将指针赋NULL,避免出现野指针,有的内存空间是不能被释放的,如常量区,会导致宕机

  1. 区别

(1)函数 malloc不能初始化所分配的内存空间,而函数 calloc 能,使用 malloc() 函数的程序开始时(内存空间还没有被重新分配)能正常进行,经过一段时间(内存被重新分配)可能会出现问题

(2)函数 calloc() 会将所分配的内存空间中的每一位都初始化为零,字符类型或整数类型的元素分配内存会被初始化为0,指针类型的元素分配内存会被初始化为空指针,实型数据分配内存会被初始化为浮点型的零

(3)realloc 可以对给定的指针所指的空间进行扩大或者缩小,无论是扩张或是缩小,原有内存的中内容将保持不变,缩小的那一部分的内容会丢失;realloc并不保证调整后的内存空间和原来的内存空间保持同一内存地址,返回的指针很可能指向一个新的地址

二、C++动态内存管理

1. new/delete 基本操作


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1void Test()
2{
3    int* ptr1 = new int;
4    int* ptr2 = new int(10);
5    int* ptr3 = new int[3];
6    delete ptr1;
7    delete ptr2;
8    delete[] ptr3;
9}
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  1. new/delete操作内置类型自定义类型

C++动态内存管理

对于内置类型,我们可以从上图看出C和C++并没有什么不同,C++为什么要有new呢?通过下面的这段代码来了解一下

C++动态内存管理

在C语言中,只是开辟空间,而C++是开辟空间+初始化的,再来看一下delete

C++动态内存管理

delete是先调用析构函数进行空间清理,然后释放空间,而free只是释放空间 

注意:一定要匹配使用,对于自定义类型,不匹配使用程序会崩溃,对于内置类型,free不会调用析构函数

  1. new和delete实现原理

首先来看一下operator new与operator delete


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1void *__CRTDECL operator new(size_t size) _THROW1(_STD bad_alloc)
2{
3    void *p;
4    while ((p = malloc(size)) == 0)
5    if (_callnewh(size) == 0)
6    {
7        // part1:
8        static const std::bad_alloc nomem;
9        _RAISE(nomem);
10    }
11    return (p);
12}
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operator new:通过malloc来申请空间,当malloc申请空间成功时直接返回;如果申请内存失败了,会在part1抛出bad_alloc 类型异常申请空间失败,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。


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1void operator delete(void *pUserData)
2{
3    _CrtMemBlockHeader * pHead;
4    RTCCALLBACK(_RTC_Free_hook, (pUserData, 0));
5    if (pUserData == NULL)
6        return;
7    _mlock(_HEAP_LOCK);
8    __TRY
9    pHead = pHdr(pUserData);
10    _ASSERTE(_BLOCK_TYPE_IS_VALID(pHead->nBlockUse));
11    _free_dbg( pUserData, pHead->nBlockUse );
12    __FINALLY
13    _munlock(_HEAP_LOCK);
14    __END_TRY_FINALLY
15    return;
16}
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operator delete: 通过free来释放空间的

(1)内置类型

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

a.new 和new T[]

对于new,会调用operator new函数申请空间,然后在申请的空间上执行构造函数,完成对象的构造;对于new T[],会调用operator new[]函数,operator new[] 是调用N次operator new函数完成对象空间的申请,然后在申请的空间上执行N次构造函数。

b. delete 和delete[]

对于delete,首先执行析构函数,完成对象中资源的清理工作,然后调用operator delete函数释放对象的空间;delete[] 和new T[] 类似,执行N次析构函数,完成对N个对象资源的清理,然后调用operator delete[](在operator delete[]中调用operator delete来释放空间)。

三、C和C++ 内存管理的区别

  C++ C
性质  new/delete是操作符 malloc/free是函数
初始化 new 可以初始化 malloc 不可以初始化
是否调用构造函数和析构函数 new 在使用时会调用malloc先开空间在调用构造函数进行初始化,delete会先调用析构函数清理对象,然后在调用free释放空间
开辟空间的位置 new是在自由存储区 malloc在堆上开空间
开辟空间大小 new只需要类型名 malloc开空间的时候需要指定空间的大小
开辟空间的不同 new 给对象数组开空间使用new[],对应释放使用delete[] malloc开辟的空间可以给单个对象使用,也可以给对象数组使用,由free释放交给
成功返回值 new 申请对象空间成功后返回对象指针,失败会抛异常 malloc申请空间成功返回void*的指针,失败返回NULL
扩容 new不可以 malloc开辟的空间如果不够用可以使用realloc来扩大空间

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