C/C++內(nèi)存分配方式

在學(xué)習(xí)C語(yǔ)言階段的時(shí)候，創(chuàng)建一個(gè)變量，編譯器會(huì)為它分配一塊內(nèi)存。而創(chuàng)建一個(gè)C++對(duì)象的時(shí)候，編譯器會(huì)為這個(gè)對(duì)象分配內(nèi)存，并且調(diào)用合適的構(gòu)造函數(shù)進(jìn)行初始化。

那么編譯器的內(nèi)存分配方式是怎樣的呢？

內(nèi)存分配可以有以下的幾種方式

• 從靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)分配。這樣的分配方式在程序開(kāi)始前就可以為對(duì)象/變量分配，這塊空間在整個(gè)程序運(yùn)行期間都存在。
• 從棧區(qū)分配。調(diào)用函數(shù)時(shí)，函數(shù)的參數(shù)，局部變量，返回地址等存儲(chǔ)在堆棧上，函數(shù)執(zhí)行結(jié)束時(shí)將會(huì)自動(dòng)釋放這些內(nèi)存空間，棧區(qū)的內(nèi)存空間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于堆區(qū)。
• 從堆區(qū)分配。這種內(nèi)存分配方式被稱為動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配，堆區(qū)又被稱為“自由存儲(chǔ)單元”，運(yùn)行時(shí)通過(guò)調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)來(lái)申請(qǐng)和釋放內(nèi)存。

有時(shí)候我們并不知道程序中的對(duì)象確切地需要多少內(nèi)存空間，動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配則很好地處理了這種需求。

C++內(nèi)存管理方式

C庫(kù)中提供了函數(shù)malloc，以及它的變種函數(shù)realloc、calloc來(lái)動(dòng)態(tài)地申請(qǐng)內(nèi)存空間。使用函數(shù)free來(lái)釋放動(dòng)態(tài)申請(qǐng)出的內(nèi)存空間。

int* ptr1 = (int*)malloc(sizeof(int));

使用malloc需要指定空間大小，并且要強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)化，因?yàn)樗皇呛?jiǎn)單地分配了一塊空間，返回的是void*,而C++中不允許將空類型的指針賦予給其他類型的指針。另外，如果你申請(qǐng)一塊內(nèi)存之后，沒(méi)有對(duì)這個(gè)指針進(jìn)行正確的初始化，有可能會(huì)導(dǎo)致程序運(yùn)行失敗，并且如果忘記釋放動(dòng)態(tài)申請(qǐng)的內(nèi)存空間，則會(huì)造成內(nèi)存泄露等危害……

在創(chuàng)建一個(gè)C++對(duì)象時(shí)，編譯器會(huì)做這兩件事：

1.為對(duì)象分配內(nèi)存。

2.編譯器自動(dòng)調(diào)用構(gòu)造函數(shù)初始化該內(nèi)存。

構(gòu)造函數(shù)不支持顯式地調(diào)用，意味著如果使用malloc函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象，那么這個(gè)對(duì)象將不能夠調(diào)用構(gòu)造函數(shù)，僅僅只是開(kāi)辟了一塊空間。但是我們必須要確保對(duì)象被初始化，因?yàn)槲闯跏蓟瘜?duì)象是大部分程序出錯(cuò)的主要原因?？偠灾?，C中的動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理無(wú)法滿足C++中動(dòng)態(tài)對(duì)象的需求。

所以提出了new和delete.關(guān)鍵字

new和delete的使用

int main(void)
{
	//基本內(nèi)置類型
	//開(kāi)辟一個(gè)int類型的空間
	int* ptr2 = new int;

	//開(kāi)辟多個(gè)int類型空間
	int* ptr3 = new int[5];

	//開(kāi)辟一個(gè)int類型并初始化為1
	int* ptr4 = new int(1);

	delete ptr2;
	delete[] ptr3;
	delete ptr4;
	return 0;
}

new和delete的使用方式：

1.開(kāi)辟一個(gè)空間: new 類型;       對(duì)應(yīng)釋放： delete 對(duì)象；2.開(kāi)辟多個(gè)空間：new 類型[個(gè)數(shù)]   對(duì)應(yīng)釋放：delete[] 對(duì)象；3.開(kāi)辟并初始化： new 類型(初始化數(shù)據(jù)) 對(duì)應(yīng)釋放：delete 對(duì)象  1.開(kāi)辟一個(gè)空間: new 類型;       對(duì)應(yīng)釋放： delete 對(duì)象；
2.開(kāi)辟多個(gè)空間：new 類型[個(gè)數(shù)]   對(duì)應(yīng)釋放：delete[] 對(duì)象；
3.開(kāi)辟并初始化： new 類型(初始化數(shù)據(jù)) 對(duì)應(yīng)釋放：delete 對(duì)象
  

new和delete的騷操作

內(nèi)置類型

對(duì)于內(nèi)置類型，new和delete與C的內(nèi)存管理函數(shù)做了差不多的事情，不同的地方是：new/delete申請(qǐng)和釋放的是單個(gè)元素的空間，new[]和delete[]申請(qǐng)的是連續(xù)空間，而且new在申請(qǐng)空間失敗時(shí)會(huì)拋異常，malloc會(huì)返回NULL。

自定義類型

new表達(dá)式：

• 調(diào)用opreator new函數(shù)分配內(nèi)存
• 調(diào)用構(gòu)造函數(shù)初始化該內(nèi)存

delete表達(dá)式:

• 調(diào)用析構(gòu)函數(shù)清理對(duì)象中的資源
• 調(diào)用operator delete釋放空間。

operator new( ) 和operator delete( )這兩個(gè)內(nèi)存分配函數(shù)是系統(tǒng)提供的全局函數(shù),實(shí)際上是對(duì)malloc和free的各種行為進(jìn)行了封裝。

new和delete的區(qū)別

new、delete 和 malloc、free的區(qū)別有哪些呢？

• new和delete是關(guān)鍵字，malloc和free是函數(shù)
• malloc申請(qǐng)的空間不會(huì)初始化，new會(huì)初始化。
• malloc需要手動(dòng)計(jì)算空間大小并傳遞，new不需要
• malloc的返回值是void*，使用時(shí)必須強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換；new不需要，后面跟的是空間的類型。
• malloc申請(qǐng)失敗，返回NULL，所以調(diào)用后要判斷是否開(kāi)辟成功；new需要捕獲異常
• malloc只是開(kāi)辟空間，不會(huì)調(diào)用構(gòu)造函數(shù)，free釋放空間不會(huì)調(diào)用析構(gòu)函數(shù)；new在申請(qǐng)空間后會(huì)調(diào)用構(gòu)造函數(shù)初始化對(duì)允許象，delete會(huì)調(diào)用析構(gòu)函數(shù)清理對(duì)象中的資源，然后再釋放空間。

重載new和delete

C++允許重載new和delete，以實(shí)現(xiàn)我們自己的存儲(chǔ)分配方案。但是注意重載operator new和operator delete時(shí)，僅僅只能改變?cè)镜膬?nèi)存分配方式。同重載其他的運(yùn)算符一樣，可以分為重載成全局和針對(duì)特定類的內(nèi)存分配函數(shù)。

重載全局

重載一個(gè)全局的new和delete會(huì)導(dǎo)致默認(rèn)版本完全不能被訪問(wèn)。

重載operator new的要求：

• 必須有一個(gè)size_t參數(shù)，該參數(shù)將接收要開(kāi)辟空間的長(zhǎng)度。
• 返回一個(gè)指向?qū)ο蟮闹羔?，該?duì)象的長(zhǎng)度等于或者大于所申請(qǐng)的長(zhǎng)度。
• 如果分配失敗，不僅僅要返回一個(gè)0，還需產(chǎn)生一個(gè)異常信息之類的現(xiàn)象，明確分配內(nèi)存時(shí)出了問(wèn)題。
• 返回值是一個(gè)void*

重載operator delete的要求

• 參數(shù)是一個(gè)指向由operator new()分配的void*類型的內(nèi)存的指針
• 返回值是void

為什么重載operator delete的時(shí)候，參數(shù)是一個(gè)void*?

這是因?yàn)樗窃谡{(diào)用析構(gòu)函數(shù)后得到的指針。

	//重載operator new
	//1.必須有一個(gè)size_t的參數(shù)，該參數(shù)將接收要申請(qǐng)開(kāi)辟空間的大小
	//2.返回值是一個(gè)void*
	//3.返回一個(gè)指向?qū)ο蟮闹羔?，該?duì)象的長(zhǎng)度等于或大于所申請(qǐng)的長(zhǎng)度
	//4.如果分配失敗。不僅僅要返回一個(gè)0，還需產(chǎn)生一個(gè)異常信息
	void* operator new(size_t sz)
	{
		cout << "new %d Bytes" << sz << endl;
		void* p = nullptr;
		//不需要強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換，因?yàn)閙alloc返回的就是void*
		p = malloc(sz);
		if (nullptr == p)
		{
			cout << "new fail\n" << endl;
		}
		return p;
	}
	//重載operator delete
	//1.返回值為void
	//2.參數(shù)是一個(gè)指向由operator new()返回的void*的指針
	void operator delete(void* rp)
	{
		cout << "operator delete" << endl;
		free(rp);
	}

重載類專屬

//重載ListNode專屬的operator new
struct ListNode
{
	ListNode* _next;
	ListNode* _prev;
	int _data;
	void* operator new(size_t n)
	{
		void* p = nullptr;
		p = allocator<ListNode>().allocate(1);
		cout << "memory pool allocate" << endl;
		return p;
	}
	void operator delete(void* p)
	{
		allocator<ListNode>().deallocate((ListNode*)p, 1); //內(nèi)存池--空間適配器
		cout << "memory pool deallocate" << endl;
	}
};
class List
{
public:
	List()
	{
		_head = new ListNode;
		_head->_next = _head;
		_head->_prev = _head;
	}
	~List()
	{
		ListNode* cur = _head->_next;
		while (cur != _head)
		{
			ListNode* next = cur->_next;
			delete cur;
			cur = next;
		}
		delete _head;
		_head = nullptr;
	}
private:
	ListNode* _head;
};
int main()
{
	List l;
	return 0;
}

定位new表達(dá)式

定位new表達(dá)式：它的作用是在已分配的原始內(nèi)存空間中用構(gòu)造函數(shù)初始化一個(gè)對(duì)象

使用的格式：

new (place_address) type 或者 new (place_address) type (initializer-lost) place_address必須是一個(gè)指針，initializer-list是初始化列表。

//例如
class Test
{
public:
	Test()
		: _data(0)
	{
		cout << "Test():" << this << endl;
	}
	~Test()
	{
		cout << "~Test():" << this << endl;
	}

private:
	int _data;
};

int main(void)
{
	// pt現(xiàn)在指向的只不過(guò)是與Test對(duì)象相同大小的一段空間，還不能算是一個(gè)對(duì)象，因?yàn)闃?gòu)造函數(shù)沒(méi)有執(zhí)行
	Test* pt = (Test*)malloc(sizeof(Test));

	//定位new
	new(pt) Test; // 注意：如果Test類的構(gòu)造函數(shù)有參數(shù)時(shí)，此處需要傳參
	return 0;
}

內(nèi)存泄露

內(nèi)存泄露的含義：

內(nèi)存泄漏指因?yàn)槭韬龌蝈e(cuò)誤造成程序未能釋放已經(jīng)不再使用的內(nèi)存的情況。內(nèi)存泄漏并不是指內(nèi)存在物理上的消失，而是應(yīng)用程序分配某段內(nèi)存后，因?yàn)樵O(shè)計(jì)錯(cuò)誤，失去了對(duì)該段內(nèi)存的控制，因而造成了內(nèi)存的浪費(fèi)。

內(nèi)存泄露的兩大分類：

1.堆內(nèi)存泄露(Heap leak)

堆內(nèi)存指的是程序執(zhí)行中依據(jù)須要分配通過(guò)malloc / calloc / realloc / new等從堆中分配的一塊內(nèi)存，用完后必須通過(guò)調(diào)用相應(yīng)的 free或delete 刪掉。假設(shè)程序的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤導(dǎo)致這部分內(nèi)存沒(méi)有被釋放，那么以后這部分空間將無(wú)法再被使用，就會(huì)產(chǎn)生Heap Leak。

2.系統(tǒng)資源泄露

指程序使用系統(tǒng)分配的資源，比方套接字、文件描述符、管道等沒(méi)有使用對(duì)應(yīng)的函數(shù)釋放掉，導(dǎo)致系統(tǒng)資源的浪費(fèi)，嚴(yán)重可導(dǎo)致系統(tǒng)效能減少，系統(tǒng)執(zhí)行不穩(wěn)定。

內(nèi)存泄露的危害：

在平時(shí)寫(xiě)一些小測(cè)試的時(shí)候，并沒(méi)有覺(jué)得內(nèi)存泄露的危害特別大，但是在長(zhǎng)期運(yùn)行的程序中出現(xiàn)內(nèi)存泄漏，影響非常的大，出現(xiàn)內(nèi)存泄露可能會(huì)導(dǎo)致響應(yīng)越來(lái)越慢，最終出現(xiàn)卡死的現(xiàn)象。

內(nèi)存泄露的解決方案分兩種：

1.事先預(yù)防 。

2. 事后查錯(cuò)

如何事先預(yù)防？

1.養(yǎng)成良好的編碼習(xí)慣，申請(qǐng)了內(nèi)存要記得釋放。

2.采用RAII思想或者智能指針來(lái)管理資源。

3.規(guī)范使用內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的私有內(nèi)存管理庫(kù)。

總結(jié)

本篇文章就到這里了，希望能夠給你帶來(lái)幫助，也希望您能夠多多關(guān)注腳本之家的更多內(nèi)容!

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