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一、C++内存分布
二、C语言与C++内存管理方式
1、C语言中动态内存管理方式:malloc/calloc/realloc/free
2、C++中的内存管理方式:new/delete
三、operator new与operator delete函数
1、函数概念:
2、函数使用:
3、底层原理:
四、new和delete的实现原理
1、对于内置类型:
2、对于自定义类型:
五、内存泄漏
1、概念:
2、内存泄漏分类:
3、避免内存泄漏:
一、C++内存分布
c/c++中程序内存区域划分:
1、栈区: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、堆区:用于程序运行时动态内存分配,堆是可以向上增长的。
4、数据段(静态区)--存储全局数据和静态数据。
5、代码段(常量区):可执行的代码/只读常量。
二、C语言与C++内存管理方式
1、C语言中动态内存管理方式:malloc/calloc/realloc/free
malloc:在内存的动态存储区中分配一块长度为size字节的连续区域,参数size为需要内存空间的长度,返回该区域的首地址
calloc:与malloc类似,不同点是函数calloc() 会将所分配的内存空间中的每一位都初始化为零
realloc: 给一个已经分配了地址的指针重新分配空间,可以做到对动态开辟内存大小的调整。
void Test1()
{char* ptr1 = (char*)malloc(sizeof(char));int* ptr2 = (int*)calloc(4, sizeof(int));int* ptr3 = (int*)realloc(ptr2, sizeof(int) * 10);free(ptr1);free(ptr3);
}
2、C++中的内存管理方式:new/delete
C++的内存管理方式:通过new和delete操作符进行动态内存管理。
为什么c++要出一套自己的内存管理规则?
1、C语言的申请内存比较繁琐,要强转,要计算大小,要检查返回值
2、无法对自定义类型的空间申请做出很好的控制(针对自定义类型能更好的初始化与清理)
(1)new/delete操作内置类型:
void Test2() {// 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10int* ptr2 = new int(10);// 动态申请10个int类型的空间int* ptr3 = new int[3];// 动态申请10个int类型的空间并初始化/不完全初始化int* ptr4 = new int[10] {1, 2, 3, 4, 5};delete ptr1;delete ptr2;delete[] ptr3;delete[] ptr4; }
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[],注意:匹配起来使用。
(2)、new和delete操作自定义类型
new和delete相比于malloc和free的优点:
申请空间时:malloc只开空间,new不仅开空间还会调用构造函数初始化。
释放空间时:delete会调用析构函数,free不会。
当我们运行以下程序可知:
class A { public:A(int a = 0){cout << "A() // 调用构造函数" << endl;}~A(){cout << "~A() // 调用析构函数" << endl;}private:int _a; };int main() {A* a = new A(1);delete a;return 0; }
且new在申请内存时不需要像malloc一样检查合法性,new申请空间失败会自动抛异常
void Test3() {//malloc失败,返回空指针int* ptr1 = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);assert(ptr1); //malloc出来的需要检查合法性int* ptr2 = new int; //new出来的不需要检查合法性,失败会自动抛异常 }
三、operator new与operator delete函数
1、函数概念:
注意:operator new和operator delete不是对new和delete的重载,是库函数。
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在底层通过调用 operator delete全局函数来释放空间。
operator new的本质是对malloc的封装。
- 该函数实际上就是通过malloc来申请空间,申请成功时直接返回,失败时抛异常
operator delete的本质是对free的封装。
2、函数使用:
void Test4()
{int* ptr2 = (int*)malloc(sizeof(int));free(ptr2);// 使用方法与malloc/free相似int* ptr1 = (int*)operator new(sizeof(int));operator delete(ptr1);
}
operator new/operator delete与malloc/free的相同点:
- 功能一样,不会去调用构造函数和析构函数。
不同点:
- operator new不需要检查开辟空间的合法性,失败就抛异常。
3、底层原理:
new的底层原理:转换成调用operator new + 构造函数
delete的底层原理:转换成调用operator delete + 析构函数
operator new与operator delete的类专属重载:
为了避免有些情况下我们反复的向堆申请释放空间,于是产生池化技术(内存池),直接找内存池申请释放空间,此时效率更高更快。new/delete的类专属重载就是在new调用operator new的时候就可以走内存池的机制从而提高效率。
内存池:
内存池是一种内存管理策略,它通过预先分配一定数量的、大小固定的内存块来优化内存分配性能和减少内存碎片化,从而提高资源利用率。内存池允许应用程序快速、高效地获取和释放内存,而不需要频繁地从系统内存中分配和释放小块内存。
四、new和delete的实现原理
1、对于内置类型:
对于内置类型,new和malloc,delete和free基本类似,
不同点为:
- new/delete申请和释放的是单个元素的空间,new[]和delete[]申请的是连续空间。
- new在申请空间失败时会抛异常,malloc会返回NULL。
2、对于自定义类型:
new的原理
- 调用operator new函数申请空间。
- 在申请的空间上执行构造函数,完成对象的构造。
delete的原理
- 在空间上执行析构函数,完成对象中资源的清理工作。
- 调用operator delete函数释放对象的空间。
new T[N]的原理
- 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。
- 在申请的空间上执行N次构造函数。
delete[]的原理
- 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。
- 调用operator delete[]释放空间,实际在operator delete[]中调用operator delete来释放空间。
五、内存泄漏
1、概念:
内存泄漏是一种编程错误,发生在一个程序重复地分配内存但未能释放已不再使用的内存。这将导致系统内存逐渐耗尽,最终可能使得程序或整个系统变得不稳定,甚至崩溃。
内存泄漏的危害:
内存泄漏会导致程序持续占用内存而不释放,造成系统性能下降。
当内存泄漏累积到一定程度时,程序运行速度变慢,响应时间变长。
当大量内存被泄漏时,会导致系统内存不足,从而造成使系统崩溃或死锁等问题。
2、内存泄漏分类:
在C/C++程序中一般我们主要关心以下内存泄漏:
堆内存泄漏(Heap leak):
堆内存指的是程序执行中依据须要分配通过malloc / calloc / realloc / new等从堆中分配的一块内存,用完后必须通过调用相应的 free或者delete 删掉。假设程序的设计错误导致这部分内存没有被释放,那么以后这部分空间将无法再被使用,就会产生Heap Leak。
系统资源泄漏:
指程序使用系统分配的资源,比方套接字、文件描述符、管道等没有使用对应的函数释放掉,导致系统资源的浪费,严重可导致系统效能减少,系统执行不稳定。
3、避免内存泄漏:
1、养成良好的编码规范,确保每次分配内存后都有对应的释放内存的操作。
2、使用垃圾回收机制(一种自动管理内存的方式,可以自动回收无用的内存,防止内存泄漏)。
3、采用RAII思想或者智能指针来管理资源。
4、进行内存泄露测试:可以使用一些内存泄露测试工具,比如Valgrind、Memory Profiler等。