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 bytesvoid* 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_FINALLYreturn;
}/*
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