C++入门之内存处理详解
前言
兜兜转转,我们终于结束了c++中非常重要的一环**(类和对象),现在来到了c++中的内存管理章节.在此篇文章中,博主将会介绍内存的分布,不同于c的新型申请堆区空间方法,new,delete和c中的malloc等有什么不同.**
c/c++内存分布
在c和c++中,内存区大概分为这几个板块:栈区,内存映射段,堆区,数据段和代码段.
- 栈区: 存放非静态局部变量,函数参数,函数返回值等,其优先使用高地址,并逐渐往下.
- 内存映射段: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内存，做进程间通信.由于博主还未更新到操作系统,这里不做过多介绍.
- 堆区: 用于程序运行时进行动态内存分配(一般使用malloc),其优先使用低地址,逐渐往上.
- 数据段:存储全局数据和静态变量.
- 代码段:可执行的代码/只读常量.
理论千遍,不如用例子一现,大家往下看:
在上图中,大家可以清晰的看到各种类型数据的存储区域,一目了然.
c语言中动态内存管理方式
我们在学习c语言时候,想要向堆区申请一块空间,只能通过malloc()函数,而且操作比较麻烦,需要计算申请空间的大小并且进行强制转换.
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 );
我们可以清晰的看到,在c语言中申请一块堆区内存空间,操作有点繁琐,那么在c++语言中,是怎么申请一块堆区内存呢?
c++内存管理方式
在c++中,c语言的内存管理方式依然可以使用,但是有些地方仍然使用c中的方法进行申请就比较麻烦,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.
那么什么时候使用c内存管理方式就会比较麻烦呢?比如下面:
class stack
{
public:
stack(int* p,int n)
{
val = p;
top = capacity = n;
}
private:
int* val;
int top;
int capacity;
};
int main()
{
stack* stack = (stack*)malloc(sizeof(stack));
//然后现在我们想要进行初始化,发现好像不能操作了(因为私有成员外部无法访问),这就会比较麻烦,因此提出了new和delete的操作
return 0;
}
new和delete操作基础类型
①开辟单个元素基本语法: type* name = new type(content);
①释放空间语法: delete name;
其中type是开辟的元素类型,name是变量名,content是想要赋的值,例如:
int* a = new int(10); //开辟一个整型空间,并且初始化为10;
char* s = new char('s'); //开辟一个字符空间,并且初始化为's';
delete a;
delete s; //释放a和s
②开辟数组基本语法: type* name = new type[n]
②删除数组基本语法:delete[] name;
其中type是开辟的元素类型,name是数组名,n是空间数量,例如:
int* num = new int[10]; //开辟10个int类型的空间 char* str = new char[10]; //开辟10个char类型的空间 delete[] num; delete[] str; //释放num和str;
注意点:在c语言中malloc,realloc,calloc等是函数,在c++中,new和delete是操作符.
new和delete操作自定义类型
使用语法和上面的自定义类型几乎一样,只是初始化位置有点差别,语法:type* name = new type(s1,s2,s3...);
其中type是自定义的类型,s1,s2,s3等是自定义类型中构造函数的对应参数.例子:
class test
{
public:
test(int a,int b,int c)
{
_a = a;
_b = b;
_c = c;
}
private:
int _a;
int _b;
int _c;
};
int main()
{
test* t = new test(1,2,3); //根据构造函数参数列表写对应参数.
delete t;
}
基于malloc开辟并初始化的自定义类型
有人可能会有点好奇,说,我就是要用malloc开辟自定义类型,但是我还想初始化,这么进行操作?答案是,可以的,需要搭配new
语法 new(type*) type(s1,s2,s3...)
什么意思呢?我们仍然按照上面的test类举例:
test* t = (test*) malloc(sizeof(test)); new(t)test(1,2,3); //这样就可以初始化了.
new和delete底层实现原理
在讲解他们的底层实现原理之前我们先介绍一下两个全局函数,分别是operator new 和operator delete.
operator new和operator delete
大家看到上面的形式可能会误认为是对new和delete进行了重载,实际并不是,只是这两个函数就叫做这名字而已.
我们在学习c语言时候,还记得是当开辟空间时候需要进行检查是否成功吗?而operator new其实和malloc一模一样,只是它对空间开辟失败后做出的反应是抛出异常,而c语言中,我们是手动判断,然后停止.下面是operator new的代码:
void* __crtdecl operator new(size_t size) _throw1(_std bad_alloc)
{
// try to allocate size bytes
void* p;
while ((p = malloc(size)) == 0) //如果开辟成功就不会进入循环,并且可以清晰
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);
}
同理,operator delete不过也就是free,下面是它的代码:
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;
}
总结:operator new其实就是对malloc的封装,operator delete 就是堆free的封装.
new的底层实现
new的实现其实是进一步对malloc的封装,因为new的操作可以分为下面两件事:
- 调用operator new进行开辟空间.
- 如果开辟的空间是自定义类型,new再调用其构造函数.
所以说,new的内部其实就是有构造函数和operator new封装而成.
delete的底层实现
同样的道理,delete不过就是对free的进一步封装,因为delete的操作可以分为下面两件事:
- 如果new开辟的空间是自定义类型,则首先调用其析构函数释放其内部资源.
- 然后再调用operator delete,进行释放new所开辟出来的空间.
注意了,这里可能有人不明白自定义类型先释放内部,然后销毁外部空间啥意思,博主这里画图介绍,不过大家先看一下下面的一个类:
class stack
{
public:
stack()
:num(new int[10]),
top(0),capacity(10)
{}
~stack()
{
delete[] num;
top = capacity = 0;
}
private:
int* num;
int top;
int capacity;
};
int main()
{
stack stack;
delete stack;
return 0;
}
如果我们定义一个该对象,那么其空间分布如下:
如果delete不先调用析构函数,那么释放了stack对象后,在堆区里面的num将会继续存在,导致内存泄露.
new[]的底层实现
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
总结
本篇文章就到这里了，希望能够给你带来帮助，也希望您能够多多关注的更多内容!