c/c++内存管理理解

首先是c语言中的内存结构：

由上到下是：内核空间-栈- 动态链接库-堆-数据段-代码段。

 

【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。用户可使用系统接口创建共享共享内存，做进程间通信。
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。

下面代码讲解了一些常用数据分别出现在哪些虚拟内存空间中

int Var = 1;
static int staticVar = 1;
//Var是全局数据，staticVar是静态数据都是在main函数之前初始化的，所以存在在数据段

void Test()
{
static int staticTestVar = 1;
//经过static修饰是一个在Test函数内的一个局部静态数据，存在在数据段
int TestVar = 1;
int num1[10] = {1, 2, 3, 4};
// 非静态局部变量  num1和TestVar都在栈上
char char1[] = "abcd";
// char1是一个数组，非静态局部变量在栈上
// *char1是指向数数组头一个元素的指针，也是非静态局部变量同样在栈上
char* pChar2 = "abcd";
// pChar2是一个指向"abcd"常量的一个指针，所以在栈上
// *pChar2就是对pChar的间引用，他就相当与常量"abcd"，所以在代码段上
int* ptr1 = (int*)malloc(sizeof (int)*4);
// ptr1是一个指针，所以在栈上
// *ptr1相当于(int*)malloc(sizeof (int)*4) 而malloc是在堆上开辟空间的，所以*ptr1是在堆上

free (ptr1);
//使用malloc一定要使用对应的free否则会出现内存泄露
}

栈与堆的区别

申请方式不同

栈：由编译器自动分配释放，存放函数的参数，局部变量等。结构是数据结构中的栈。是有上到下开辟空间。
堆：由程序员分配释放，如果不释放的话，可能会造成内存泄漏问题。结构是链式。是想上开辟空间。

申请大小的限制不同

栈是从高地址到低地址扩展的，是一块连续的内存区。栈的大小是固定的。如果申请的空间超过栈的剩余空间，会提示overflow。
堆是从低地值到高地址的拓展，是不连续的内存区域，因为堆是用链表来存储导致的，堆的大小受限于计算机中有效的虚拟地址。

申请效率不同。

栈由系统自动分配，速度快。但是程序员无法控制。
堆由malloc分配，速度较慢，而且容易产生碎片，导致空间利用率低。

malloc/free

void* malloc (size_t size）;
void free (void* ptr);

这个函数向内存申请一块连续可用的空间，并返回指向这块空间的指针。
如果开辟成功，则返回一个指向开辟好空间的指针。
如果开辟失败，则返回一个NULL指针，因此malloc的返回值一定要做检查。
返回值的类型是 void* ，所以malloc函数并不知道开辟空间的类型，具体在使用的时候使用者自己来决定。
如果参数 size 为0，malloc的行为是标准是未定义的，取决于编译器。

free函数用来释放动态开辟的内存。
如果参数 ptr 指向的空间不是动态开辟的，那free函数的行为是未定义的。
如果参数 ptr 是NULL指针，则函数什么事都不做。

 

  malloc的底层

 

new和delete操作符

 

void Test()
{
// 动态申请一个int类型的空间
int* ptr1 = new int;
// 动态申请一个int类型的空间并初始化为10
int* ptr2 = new int(10);
// 动态申请10个int类型的空间
int* ptr3 = new int[3];
delete ptr1;
delete ptr2;
delete[] ptr3;
}

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[]

申请自定义空间：

void Test2()
{
// 申请单个Test类型的空间
Test* p1 = (Test*)malloc(sizeof(Test));
free(p1);
// 申请10个Test类型的空间
Test* p2 = (Test*)malloc(sizoef(Test) * 10);
free(p2);
}

 

malloc/free和new/delete的区别：

1. malloc和free是函数，new和delete是操作符
2. malloc申请的空间不会初始化，new可以初始化
3. 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
4. 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
5. 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
6. 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
7. new/delete比malloc和free的效率稍微低点，因为new/delete的底层封装了malloc/free