c/c++內(nèi)存分布

虛擬地址空間分布

棧又叫堆棧，非靜態(tài)局部變量/函數(shù)參數(shù)/返回值等等，棧是向下增長(zhǎng)的。

內(nèi)存映射段是高效的I/O映射方式，用于裝載一個(gè)共享的動(dòng)態(tài)內(nèi)存庫(kù)。用戶可使用系統(tǒng)接口創(chuàng)建共享共 享內(nèi)存，做進(jìn)程間通信。（Linux課程如果沒(méi)學(xué)到這塊，現(xiàn)在只需要了解一下）

堆用于程序運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配，堆是可以上增長(zhǎng)的。

數(shù)據(jù)段–存儲(chǔ)全局?jǐn)?shù)據(jù)和靜態(tài)數(shù)據(jù)。

代碼段–可執(zhí)行的代碼/只讀常量。

為什么操作系統(tǒng)要?jiǎng)澐诌@些區(qū)段

答：為了找數(shù)據(jù)，存數(shù)據(jù)方便

以下的代碼分別在虛擬地址空間中的哪個(gè)段

int globalVar = 1; //數(shù)據(jù)段static int staticGlobalVar = 1; //數(shù)據(jù)段void Test() { static int staticVar = 1; //數(shù)據(jù)端int localVar = 1; //棧int num1[10] = {1, 2, 3, 4}; //棧char char2[] = "abcd"; //char數(shù)組在棧，里面存儲(chǔ)的abcd字符串常量在代碼段char* pChar3 = "abcd"; //pChar指針在棧上，里面的abcd字符串常量在代碼段int* ptr1 = (int*)malloc(sizeof (int)*4); //指針在棧上，分配的空間在堆上int* ptr2 = (int*)calloc(4, sizeof(int)); //指針在棧上，分配的空間在堆上int* ptr3 = (int*)realloc(ptr2, sizeof(int)*4); //指針在棧上，分配的空間在堆上free (ptr1); free (ptr3);}

sizeof與strlen的區(qū)別

sizeof()是運(yùn)算符，strlen()是庫(kù)函數(shù)

sizeof()在編譯時(shí)計(jì)算好了，strlen()在運(yùn)行時(shí)計(jì)算

sizeof()計(jì)算出對(duì)象使用的最大字節(jié)數(shù)，strlen()計(jì)算字符串的實(shí)際長(zhǎng)度

sizeof()的參數(shù)類型多樣化（數(shù)組，指針，對(duì)象，函數(shù)都可以），strlen()的參數(shù)必須是字符型指針（傳入數(shù)組時(shí)自動(dòng)退化為指針）

c語(yǔ)言動(dòng)態(tài)開(kāi)辟空間

動(dòng)態(tài)申請(qǐng)空間的方式

malloc void * malloc ( size_t size );

callocvoid * calloc ( size_t num, size_t size );

reallocvoid * realloc ( void * ptr, size_t size );

相同點(diǎn):

• 都是從堆上開(kāi)辟空間
• 返回值類型都是void*
• 申請(qǐng)空間失敗，返回的都是NULL
• 申請(qǐng)的空間都需要手動(dòng)釋放
• 在接收返回值時(shí)都需要進(jìn)行強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換

不同點(diǎn)

malloc:

• 參數(shù):字節(jié)數(shù)，
• 不會(huì)對(duì)申請(qǐng)的空間進(jìn)行初始化，
• 在接收返回值時(shí)必須強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換
• 如果申請(qǐng)空間失敗，返回值NULL，使用前必須判斷是否為空

calloc:

• 參數(shù)列表不同：void * calloc ( size_t num, size_t size );，第一個(gè)為元素個(gè)數(shù)，第二個(gè)為單個(gè)元素大小
• 函數(shù)功能差異:calloc會(huì)將申請(qǐng)的空間初始化為0

realloc

• 參數(shù)列表:void * realloc ( void * ptr, size_t size );
• 函數(shù)功能:將ptr所指向的空間調(diào)整到size字節(jié),如果ptr為空----->函數(shù)行為與malloc相同
• ptr非空，判斷是縮小還是增大，縮小的話，對(duì)原空間進(jìn)行調(diào)整，最后返回該空間的首地址，擴(kuò)大的話，有兩種情況:1. 擴(kuò)大一點(diǎn)，2.擴(kuò)大很多

1.如果當(dāng)前空間后面有足夠的空間能夠支持size字節(jié)的話，直接擴(kuò)容 2.如果沒(méi)有足夠的空間，realloc做四件事情，第一:申請(qǐng)新空間，第二：拷貝元素，第三：釋放舊空間，第四：返回新空間的地址

動(dòng)態(tài)釋放方式

手動(dòng)free

malloc

int* p =(int*)malloc(10*sizeof(int));

40字節(jié)-----堆上，只要把空間分配給一個(gè)應(yīng)用程序，那么其他應(yīng)用程序就用不了。系統(tǒng)必須對(duì)malloc申請(qǐng)的空間進(jìn)行管理。
一般malloc申請(qǐng)空間時(shí)，比如申請(qǐng)40個(gè)字節(jié)，除了申請(qǐng)的40字節(jié)空間，他還會(huì)在前面加一個(gè)結(jié)構(gòu)體來(lái)管理40字節(jié)的空間，在后面加4個(gè)字節(jié)的空間用來(lái)防止越界

詳解c中動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配

C++內(nèi)存管理方式

C語(yǔ)言內(nèi)存管理方式在C++中可以繼續(xù)使用，但有些地方就無(wú)能為力而且使用起來(lái)比較麻煩，因此C++又提出 了自己的內(nèi)存管理方式：通過(guò)new和delete操作符進(jìn)行動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理。

new申請(qǐng)內(nèi)置類型

int main() {//new 申請(qǐng)單個(gè)類型元素的空間----默認(rèn)情況下new出的空間在堆上int *p1 = new int;int *p2 = new int(10);int *p3 = new int[10];int *p4 = new int[10]{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0};delete p1;delete p2;delete[] p3;delete[] p4;return 0; }

new和delete不是函數(shù)，c++提供的新的操作符

new/new[] 只需在其后跟空間的類型，不需要傳遞字節(jié)數(shù)

new后跟的就是空間的類型，不需要強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換

new/new[]可以進(jìn)行初始化

new的結(jié)果不需要判空
注意：申請(qǐng)和釋放單個(gè)元素的空間，使用new和delete操作符，申請(qǐng)和釋放連續(xù)的空間，使用new[]和 delete[]

如果沒(méi)有匹配

如果申請(qǐng)的是內(nèi)置類型的空間，沒(méi)有匹配的話，不會(huì)產(chǎn)生任何后果

void Test() {int *p1 = (int *)malloc(sizeof(int)* 4);int *p2 = (int *)malloc(sizeof(int)* 4);delete p1;delete p2;int *p3 = new int;int *p4 = new int;free(p3);delete[]p4;int *p5 = new int[10];int *p6 = new int[10];free(p5);delete p6; }

new申請(qǐng)自定義類型數(shù)據(jù)

未進(jìn)行匹配使用

//自定義類型 class Test { public:Test(){_data = 10;cout << "Test():" << this <<endl;}~Test(){cout << "~Test()" << this << endl;} private:int _data;};void Test2() {Test *p1 = (Test *)malloc(sizeof(Test)* 4);//Test *p2 = (Test *)malloc(sizeof(Test)* 4);delete p1;//delete[] p2;Test *p3 = new Test;Test *p4 = new Test;free(p3);delete[]p4;Test *p5 = new Test[10];Test *p6 = new Test[10];free(p5);delete p6; }

對(duì)于自定義類型，只要設(shè)計(jì)到[]不匹配，肯定崩潰

new會(huì)調(diào)用構(gòu)造函數(shù)，而free不會(huì)調(diào)用析構(gòu)函數(shù)----對(duì)象中的資源不會(huì)被銷毀—內(nèi)存泄露

malloc申請(qǐng)空間時(shí)不會(huì)調(diào)用構(gòu)造函數(shù)—申請(qǐng)的是與對(duì)象大小相同的一塊內(nèi)存空間，不能將該塊內(nèi)存空間看成是一個(gè)對(duì)象

delete需要調(diào)用析構(gòu)函數(shù)

operator new與operator delete函數(shù)

new是先調(diào)用構(gòu)造函數(shù)，還是先申請(qǐng)空間？

第一件事情：申請(qǐng)內(nèi)存空間，第二才是調(diào)用構(gòu)造函數(shù)，完成對(duì)象的初始化

new和delete是用戶進(jìn)行動(dòng)態(tài)內(nèi)存申請(qǐng)和釋放的操作符，operator new 和operator delete是系統(tǒng)提供的 全局函數(shù)，new在底層調(diào)用operator new全局函數(shù)來(lái)申請(qǐng)空間，delete在底層通過(guò)operator delete全局 函數(shù)來(lái)釋放空間。

/* operator new：該函數(shù)實(shí)際通過(guò)malloc來(lái)申請(qǐng)空間， 當(dāng)malloc申請(qǐng)空間成功時(shí)直接返回；申請(qǐng)空間失敗，嘗試 執(zhí)行空間不足應(yīng)對(duì)措施， 如果改應(yīng)對(duì)措施用戶設(shè)置了，則繼續(xù)申請(qǐng)，否則拋異常。 */ void *__CRTDECL operator new(size_t size) _THROW1(_STD bad_alloc) { // try to allocate size bytes void *p; while ((p = malloc(size)) == 0) if (_callnewh(size) == 0) //內(nèi)存空間不足的應(yīng)對(duì)措施 { // report no memory // 如果申請(qǐng)內(nèi)存失敗了，這里會(huì)拋出bad_alloc 類型異常 static const std::bad_alloc nomem; _RAISE(nomem); }return (p); }

循環(huán)調(diào)用malloc來(lái)不斷申請(qǐng)空間，直到申請(qǐng)成功，

malloc申請(qǐng)----->成功----->直接返回

malloc申請(qǐng)------>失敗(內(nèi)存空間不足)------->檢測(cè)是否提供空間不足的應(yīng)對(duì)措施，提供：繼續(xù)申請(qǐng)，未提供：拋異常

/* operator delete: 該函數(shù)最終是通過(guò)free來(lái)釋放空間的 */ void operator delete(void *pUserData) { //_CrtMemBlockHeader 這個(gè)就是malloc申請(qǐng)內(nèi)存時(shí)前面的哪個(gè)結(jié)構(gòu)體_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; }

delete p;

調(diào)用析構(gòu)函數(shù)釋放對(duì)象中的資源-----對(duì)象中的資源

調(diào)用void operator delete(void *p) 釋放對(duì)象本身的空間

總結(jié)

operator new 實(shí)際也是通過(guò)malloc來(lái)申請(qǐng)空間，如果malloc申請(qǐng)空間 成功就直接返回，否則執(zhí)行用戶提供的空間不足應(yīng)對(duì)措施，如果用戶提供該措施就繼續(xù)申請(qǐng)，否則就拋異 常。operator delete 最終是通過(guò)free來(lái)釋放空間的

void* operator new(size_t size,const char* file,const char* funname,size_t line) {cout << file << "-" << funname << "-" << line << "-" << size << endl;return malloc(size); }void operator delete(void *p, const char* file, const char* funname, size_t line) {cout << file << "-" << funname << "-" << line << "-" << endl;free(p); } #define new new(__FILE__, __FUNCDNAME__, __LINE__)int main() {int *p = new int;delete p;system("pause");return 0; }

new和delete的實(shí)現(xiàn)原理

內(nèi)置類型

如果申請(qǐng)的是內(nèi)置類型的空間，new和malloc，delete和free基本類似，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的原理
• 調(diào)用operator new函數(shù)申請(qǐng)空間
• 在申請(qǐng)的空間上執(zhí)行構(gòu)造函數(shù)，完成對(duì)象的構(gòu)造
• delete的原理
• 在空間上執(zhí)行析構(gòu)函數(shù)，完成對(duì)象中資源的清理工作
• 調(diào)用operator delete函數(shù)釋放對(duì)象的空間
• new T[N]的原理
• 調(diào)用operator new[]函數(shù)，在operator new[]中實(shí)際調(diào)用operator new函數(shù)完成N個(gè)對(duì)象空間的申 請(qǐng)
• 在申請(qǐng)的空間上執(zhí)行N次構(gòu)造函數(shù)
• delete[]的原理
• 在釋放的對(duì)象空間上執(zhí)行N次析構(gòu)函數(shù)，完成N個(gè)對(duì)象中資源的清理
• 調(diào)用operator delete[]釋放空間，實(shí)際在operator delete[]中調(diào)用operator delete來(lái)釋放空間

內(nèi)存碎片化

如果每回一小塊一小塊申請(qǐng)內(nèi)存，就會(huì)造成內(nèi)存的浪費(fèi)。所以c++有一個(gè)現(xiàn)成的內(nèi)存池就是空間配置器
以下代碼對(duì)鏈表的節(jié)點(diǎn)ListNode通過(guò)重載類專屬 operator new/ operator delete，實(shí)現(xiàn)鏈表節(jié) 點(diǎn)使用內(nèi)存池申請(qǐng)和釋放內(nèi)存，提高效率。

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); 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; };

定位new表達(dá)式

在已經(jīng)存在的空間上執(zhí)行構(gòu)造函數(shù)
使用格式：
new (place_address) type或者new (place_address) type(initializer-list)
place_address必須是一個(gè)指針，initializer-list是類型的初始化列表
使用場(chǎng)景：
定位new表達(dá)式在實(shí)際中一般是配合內(nèi)存池使用。因?yàn)閮?nèi)存池分配出的內(nèi)存沒(méi)有初始化，所以如果是自定義類型的對(duì)象，需要使用new的定義表達(dá)式進(jìn)行顯示調(diào)構(gòu)造函數(shù)進(jìn)行初始化

class Test { public: Test() : _data(0) { cout << "Test():" << this << endl; }~Test() { cout << "~Test():" << this << endl; } private: int _data; }; int main() {Test* pt = (Test*)malloc(sizeof(Test));new(pt)Test;//delete pt;pt->~Test();system("pause");return 0; }

關(guān)于c++動(dòng)態(tài)管理方面的題目

題目總結(jié)的鏈接

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的c++动态内存管理的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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