C++入门—内存管理

C/C++内存分布

2. int globalVar = 1;
3. static int staticGlobalVar = 1;
4. void Test()
5. {
6. static int staticVar = 1;
7. int localVar = 1;
8. int num1[10] = { 1, 2, 3, 4 };
9. char char2[] = "abcd";
10. const char* pChar3 = "abcd";
11. int* ptr1 = (int*)malloc(sizeof(int) * 4);
12. int* ptr2 = (int*)calloc(4, sizeof(int));
13. int* ptr3 = (int*)realloc(ptr2, sizeof(int) * 4);
14. free(ptr1);
15. free(ptr3);
16. }

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1. 选择题： 选项: A.栈 B.堆 C.数据段(静态区) D.代码段(常量区)

globalVar在哪里？____

staticGlobalVar在哪里？____

staticVar在哪里？____

localVar在哪里？____

num1 在哪里？____

char2在哪里？____

*char2在哪里？___

pChar3在哪里？____

*pChar3在哪里？____

ptr1在哪里？____

*ptr1在哪里？____

• globalVar在哪里？ 答案：C. 数据段(静态区) 解释： globalVar是全局变量，且定义时进行了初始化。它存放在程序的数据段（.data区），程序启动时由系统分配空间，生命周期贯穿整个程序运行期间。
• staticGlobalVar在哪里？ 答案：C. 数据段(静态区) 解释： staticGlobalVar是全局静态变量，与普通全局变量一样，都存放在数据段（静态区）。static关键字仅限制其作用域为当前文件，不影响存储位置。
• staticVar在哪里？ 答案：C. 数据段(静态区) 解释： staticVar是Test()函数内部的static局部变量。虽然写在函数里，但static使其生命周期延长到整个程序，只初始化一次，因此它存放在数据段（静态区），而非栈区。
• localVar在哪里？ 答案：A. 栈 解释： localVar是Test()函数中的普通自动局部变量（auto变量）。每次函数调用时在栈上分配空间，函数结束返回时自动释放。
• num1在哪里？ 答案：A. 栈 解释： num1是Test()函数中的局部数组int num1[10]，数组本身以及它的所有元素都分配在栈区（初始化列表的值也会被拷贝到栈上）。
• char2在哪里？ 答案：A. 栈 解释： char char2[] = "abcd"; 定义的是一个局部字符数组。编译器会把字符串字面量"abcd"的内容拷贝一份到栈上的数组中，因此char2数组本身及其内容都在栈区。
• *char2在哪里？ 答案：A. 栈 解释： *char2 相当于 char2[0]，即该局部数组的第一个元素。因为数组char2在栈上，所以*char2也在栈上。
• pChar3在哪里？ 答案：A. 栈 解释： pChar3是一个局部指针变量，它本身（存放地址的那4或8个字节）作为Test()函数的自动变量，分配在栈区。
• *pChar3在哪里？ 答案：D. 代码段(常量区) 解释： pChar3指向字符串字面量"abcd"。C语言中字符串字面量存放在只读常量区（.rodata，通常归为代码段/常量区），不能被修改。
• ptr1在哪里？ 答案：A. 栈 解释： ptr1是一个局部指针变量，它本身作为Test()函数的自动变量，存放在栈区。
• *ptr1在哪里？ 答案：B. 堆 解释： ptr1通过malloc(sizeof(int)*4)动态分配的内存空间位于堆区。*ptr1访问的就是堆上的内存，需要手动free(ptr1)释放

•  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
•  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
• 堆用于程序运行时动态内存分配，堆是可以上增长的
•  数据段--存储全局数据和静态数据
•  代码段--可执行的代码/只读常量

C语言中动态内存管理方式

2. void Test ()
3. {
4. int* p2 = (int*)calloc(4, sizeof (int));
5. int* p3 = (int*)realloc(p2, sizeof(int)*10);
6. free(p3);
7. }

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这里需要free(p2)吗？答案是不需要

• realloc(old_ptr, new_size) 会尝试接管 old_ptr 指向的内存
• 如果内存足够，它可能会原地扩展（此时 p3 == p2）
• 如果原地不够，它会分配新内存，把旧数据拷贝过去，然后自动释放旧内存（即 p2 原来指向的那块内存）

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

new/delete操作内置类型

2. void Test()
3. {
4. // 动态申请一个int类型的空间
5. int* ptr4 = new int;
6. // 动态申请一个int类型的空间并初始化为10
7. int* ptr5 = new int(10);
8. // 动态申请3个int类型的空间
9. int* ptr6 = new int[3];
10. delete ptr4;
11. delete ptr5;
12. delete[] ptr6;
13. }

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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[]

new/delete操作自定义类型

2. class A
3. {
4. public:
5. A(int a = 0)
6. : _a(a)
7. {
8. cout << "A():" << this << endl;
9. }
10. ~A()
11. {
12. cout << "~A():" << this << endl;
13. }
14. private:
15. int _a;
16. };
17. int main()
18. {
19. // 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
20. A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));
21. A* p2 = new A(1);
22. free(p1);
23. delete p2;
24. // 内置类型是几乎是一样的
25. int* p3 = (int*)malloc(sizeof(int)); // C
26. int* p4 = new int;
27. free(p3);
28. delete p4;
29. A* p5 = (A*)malloc(sizeof(A) * 10);
30. A* p6 = new A[10];
31. free(p5);
32. delete[] p6;
33. return 0;
34. }

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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

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

2. /*
3. 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
4. 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
5. 则抛异常。
6. */
7. void* __CRTDECL operator new(size_t size) _THROW1(_STD bad_alloc)
8. {
9. // try to allocate size bytes
10. void* p;
11. while ((p = malloc(size)) == 0)
12. if (_callnewh(size) == 0)
13. {
14. // report no memory
15. // 如果申请内存失败了，这里会抛出bad_alloc 类型异常
16. static const std::bad_alloc nomem;
17. _RAISE(nomem);
18. }
19. return (p);
20. }
21. /*
22. operator delete: 该函数最终是通过free来释放空间的
23. */
24. void operator delete(void* pUserData)
25. {
26. _CrtMemBlockHeader* pHead;
27. RTCCALLBACK(_RTC_Free_hook, (pUserData, 0));
28. if (pUserData == NULL)
29. return;
30. _mlock(_HEAP_LOCK); /* block other threads */
31. __TRY
32. /* get a pointer to memory block header */
33. pHead = pHdr(pUserData);
34. /* verify block type */
35. _ASSERTE(_BLOCK_TYPE_IS_VALID(pHead->nBlockUse));
36. _free_dbg(pUserData, pHead->nBlockUse);
37. __FINALLY
38. _munlock(_HEAP_LOCK); /* release other threads */
39. __END_TRY_FINALLY
40. return;
41. }
42. /*
43. free的实现
44. */
45. #define free(p) _free_dbg(p, _NORMAL_BLOCK)

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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

malloc/free和new/delete的区别

malloc/free和new/delete的共同点是：都是从堆上申请空间，并且需要用户手动释放，不同的地方是：

• malloc和free是函数，new和delete是操作符
•  malloc申请的空间不会初始化，new可以初始化
• .malloc申请空间时，需要手动计算空间大小并传递，new只需在其后跟上空间的类型即可， 如果是多个对象，[]中指定对象个数即可
•  malloc的返回值为void*, 在使用时必须强转，new不需要，因为new后跟的是空间的类型
•  malloc申请空间失败时，返回的是NULL，因此使用时必须判空，new不需要，但是new需 要捕获异常
• 申请自定义类型对象时，malloc/free只会开辟空间，不会调用构造函数与析构函数，而new 在申请空间后会调用构造函数完成对象的初始化，delete在释放空间前会调用析构函数完成 空间中资源的清理释放