C语言与C++中内存管理详解

目录
  • 内存分布
  • 动态内存管理方式-堆区
    • C语言动态内存管理
    • C++动态内存管理
      • new和delete的用法
      • operator new与operator delete函数
      • new和delete的实现原理
      • 定位new表达式
    • 高频面试题
      • 重点new/delete和malloc/free的区别
      • 内存泄漏

内存分布

主要段及其分布

​ 每个程序运行起来以后,它将拥有自己独立的虚拟地址空间。这个虚拟地址空间的大小与操作系统的位数有关系。32位硬件平台的虚拟地址空间的地址可以从0~2^32-1,即0x00000000~0xFFFFFFFF,总共4GB大小。64位硬件平台的虚拟地址空间则会很大。C/C++程序在虚拟内存中的排布大概如下所示(仅仅列出了相关的主要段):

如上图所示:

1、栈区(stack)— 由编译器自动分配释放 ,存放函数的参数值,局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。

2、堆区(heap) — 一般由程序员分配释放, 若程序员不释放,程序结束时可能由OS回收 。注意它与数据结构中的堆是两回事,分配方式倒是类似于链表,注意不释放的话会造成内存泄漏。

3、数据段(静态区)(static)—,全局变量和静态变量的存储是放在一块的,初始化的全局变量和静态变量在一块区域, 未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。 - 程序结束后由系统释放。

4、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。

5、代码段—存放函数体的二进制代码,直接的操作数也是存储在这个位置的。如int a=4;。

动态内存管理方式-堆区

C语言动态内存管理

C语言中使用malloc/calloc/realloc/free四个函数来进行动态内存管理

1、malloc:用来动态申请一块内存,但不初始化。

2、calloc: 动态申请一块内存,但会将申请出的内存初始化为0。

3、realloc: 当申请出的内存不够用时,会使用realloc来动态扩容(会有一定程度的消耗)。

4、free: 用来释放动态申请的的内存(当内存不用时一定要使用free来释放它,否则会造成内存泄漏)

C++动态内存管理

​ 因为C++是兼容C的也可以使用上述的几个函数来进行内存管理,但是C++中引入了new/delete两个操作符来进行内存的申请和释放。

new和delete的用法

1、操作内置类型

//申请单个对象
int *p1=new int;//动态申请一块int类型的空间。
int *p2=new int(3);//动态申请一块int类型的空间,并将其初始化。
​
delete p1;
delete p2;
​
//动态申请一块连续空间
int *p3=new int[10];//[]中是对象个数
​
//释放
delete [] p3;

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[]。

2、操作自定义类型

class Test
{
public:
    Test()
        : _data(0)
    {
        cout<<"Test():"<<this<<endl;
    }
    ~Test()
    {
        cout<<"~Test():"<<this<<endl;
    }
private:
    int _data;
};
int main()
{
    //申请单个自定义类型的空间
    Test* p1=new Test;
    delete p1;

    //申请多个自定义类型的连续空间
    Test* p2= new Test[10];
    delete [] p2;

    return 0;
}

注意:在申请自定义类型的空间时,new会调用构造函数,delete会调用析构函数,而malloc与free不会。

operator new与operator delete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operator delete全局函数来释放空间。

operator new:该函数实际通过malloc来申请空间,当malloc申请空间成功时直接返回;申请空间失败,尝试执行空间不足应对措施,如果改应对措施用户1设置了,则继续申请,否则抛异常。

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)
    {
        // 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);
}

operator delete:该函数实际通过free来释放空间的。

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;
}

new和delete的实现原理

1、内置类型

​ 如果申请的是内置类型的空间,new和malloc,delete和free基本类似,不同的地方是: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,而且new在申请空间失败时会抛异常,malloc会返回NULL

2、自定义类型

new的原理

  • 1、调用operator new 函数申请空间
  • 2、在申请的空间上执行构造函数,完成对象的构造

delete的原理

  • 1、调用operatordelete 函数释放空间
  • 2、在空间上执行析构函数,完成对象中资源的清理工作

new T[N]的原理

  • 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

定位new表达式

定位new表达式是在已分配的原始内存空间中调用构造函数初始化一个对象。

使用格式:

new (place_address) type或者new (place_address) type(initializer-list)

place_address必须是一个指针,initializer-list是类型的初始化列表

使用场景:

定位new表达式在实际中一般是配合内存池使用。因为内存池分配出的内存没有初始化,所以如果是自定义类型的对象,需要使用new的定义表达式进行显示调构造函数进行初始化。

class Test
{
public:
    Test()
        : _data(0)
    {
        cout<<"Test():"<<this<<endl;
    }
    ~Test()
    {
        cout<<"~Test():"<<this<<endl;
    }
private:
    int _data;
};
void Test()
{
    // pt现在指向的只不过是与Test对象相同大小的一段空间,还不能算是一个对象,因为构造函数没有执行
    Test* pt = (Test*)malloc(sizeof(Test));
    new(pt) Test; // 注意:如果Test类的构造函数有参数时,此处需要传参
}

高频面试题

重点new/delete和malloc/free的区别

1、 属性

new/delete是C++关键字,需要编译器支持。malloc/free是库函数,需要头文件支持。

2、 参数

使用new操作符申请内存分配时无须指定内存块的大小,编译器会根据类型信息自行计算。而malloc则需要显式地指出所需内存的尺寸。

3、 返回类型

new操作符内存分配成功时,返回的是对象类型的指针,类型严格与对象匹配,无须进行类型转换,故new是符合类型安全性的操作符。而malloc内存分配成功则是返回void * ,需要通过强制类型转换将void*指针转换成我们需要的类型。

4、 分配失败

new内存分配失败时,会抛出bac_alloc异常。malloc分配内存失败时返回NULL。

5、 自定义类型

new会先调用operator new函数,申请足够的内存(通常底层使用malloc实现)。然后调用类型的构造函数,初始化成员变量,最后返回自定义类型指针。delete先调用析构函数,然后调用operator delete函数释放内存(通常底层使用free实现)。

malloc/free是库函数,只能动态的申请和释放内存,无法强制要求其做自定义类型对象构造和析构工作。

6、 重载

C++允许重载new/delete操作符,特别的,布局new的就不需要为对象分配内存,而是指定了一个地址作为内存起始区域,new在这段内存上为对象调用构造函数完成初始化工作,并返回此地址。而malloc不允许重载。

7、 内存区域

new操作符从自由存储区(free store)上为对象动态分配内存空间,而malloc函数从堆上动态分配内存。自由存储区是C++基于new操作符的一个抽象概念,凡是通过new操作符进行内存申请,该内存即为自由存储区。而堆是操作系统中的术语,是操作系统所维护的一块特殊内存,用于程序的内存动态分配,C语言使用malloc从堆上分配内存,使用free释放已分配的对应内存。自由存储区不等于堆,如上所述,布局new就可以不位于堆中。

内存泄漏

1、什么是内存泄漏,内存泄漏的危害什么是内存泄漏:内存泄漏指因为疏忽或错误造成程序未能释放已经不再使用的内存的情况。内存泄漏并不是指内存在物理上的消失,而是应用程序分配某段内存后,因为设计错误,失去了对该段内存的控制,因而造成了内存的浪费。

内存泄漏的危害:长期运行的程序出现内存泄漏,影响很大,如操作系统、后台服务等等,出现内存泄漏会导致响应越来越慢,最终卡死。

2、内存泄漏分类

C/C++程序中一般我们关心两种方面的内存泄漏:

  • 堆内存泄漏

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、如何避免内存泄漏

工程前期良好的设计规范,养成良好的编码规范,申请的内存空间记着匹配的去释放。ps:这个理想状态。但是如果碰上异常时,就算注意释放了,还是可能会出问题。需要下一条智能指针来管理才有保证。

采用RAII思想或者智能指针来管理资源。

有些公司内部规范使用内部实现的私有内存管理库。这套库自带内存泄漏检测的功能选项。

出问题了使用内存泄漏工具检测。ps:不过很多工具都不够靠谱,或者收费昂贵。

总结一下:

内存泄漏非常常见,解决方案分为两种:1、事前预防型。如智能指针等。2、事后查错型。如泄漏检测工具

到此这篇关于C语言与C++中内存管理详解的文章就介绍到这了,更多相关C语言 内存管理内容请搜索我们以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持我们!

(0)

相关推荐

  • C++内存管理介绍

    目录 1 smart_ptr概述 1.1 RAII进制 1.2 智能指针 1.3 scoped_ptr 1.4 scoped_array 1.6 shared_array 1.7 weak_ptr弱指针 2 总结 前言; C++继承了C语言的指针,一直以来指针的一些问题困扰着开发人员,常见的指针问题主要有:内存泄露.野指针.访问越界等.值得庆幸的是C++标准委员会给我们提供了auto_ptr智能指针,后面又引入了share_ptr以及weak_ptr帮助我们正确和安全的使用指针,本文主要是介绍b

  • C语言内存管理及初始化细节示例详解

    目录 地址空间 指针与内存关系 内存分配与初始化细节 内存泄漏 Cookie 地址空间 首先我们回味一下之前的老图,这个图由于是我手残加 ppt 即时创作,又因为是C语言入门时讲的,内容非常粗糙磕碜.要仔细研究这张图我们应该将它翻转90度会更加容易理解更贴近原理: 我们所熟知的,栈区数据存储的地址是从高地址到低地址,堆区数据存储的地址则是由低到高,而堆区下面可细分为未初始化和已初始化的全局数据区,字符常量区和代码区.而细心的你可能注意到了我代码区下面留了一撮空间代表下面还有,但这一撮属于灰色地带

  • C++内存管理详细解析

    目录 一.C++内存管理 1. new/delete表达式 2.new/delete重载 3.类内自定义allocator(per-class allocator) 二.多线程内存分配器 1.malloc/free 2.brk和mmap 三.补充知识 1.内存泄漏 2.malloc/free和new/delete的比较 3.RAII规则 一.C++内存管理 C++中有四种内存分配.释放方式: 最高级的是std::allocator,对应的释放方式是std::deallocate,可以自由设计来搭

  • 超详细分析C语言动态内存管理问题

    目录 一.为什么存在动态内存的分配 二.动态内存函数的介绍 2.1 malloc和free 2.2 calloc 2.3 realloc 三.常见的动态内存错误 3.1 对NULL指针的解引用操作 3.2 对动态开辟空间的越界访问 3.3 对非动态开辟内存使用free释放 3.4 对同一块动态内存多次释放 3.5 动态开辟内存忘记释放(内存泄漏) 四.几个经典的笔试题 五.C/C++程序的内存开辟 六.柔性数组 6.1 柔性数组的特点 6.2 柔性数组的使用 6.3 柔性数组的优势 上期结束了[

  • C语言 超详细梳理总结动态内存管理

    目录 一.为什么存在动态内存分配 二.动态内存函数的介绍 1.malloc和free 2.calloc 3.realloc 三.常见的动态内存错误 1.对NULL指针的解引用操作 2.对动态开辟空间的越界访问 3.对非动态开辟的空间使用free释放 4.使用free释放一块动态开辟空间的一部分 5.对同一块开辟的空间多次释放 6.动态内存开辟忘记释放(内存泄漏) 四.几个经典的笔试题 1. 一.为什么存在动态内存分配 我们已经掌握的内存开辟方式有: int a = 10://在栈空间开辟4个字节

  • 浅谈C++内存管理基础知识

    目录 概述 c++可用内存 c语言的可用内存 c++新增内存区域 new和malloc 智能指针引入 智能指针的实现 java延伸 java语言整体框架 java的垃圾回收机制 总结 概述 内存管理的原理庞大而复杂,然而这些都被操作系统进行了封装,并对外预留了API,这些api被c++调用,同时也被c++再次进行了封装,再面向程序员预留出了语法特性的接口,作为使用c++的程序员,我们只需要掌握c++预留的内存管理特性即可,就像我们开车不需要管变数箱.发动机是怎么变速.点火的,我们只需要掌握汽车给

  • C语言 动态内存管理全面解析

    目录 1. 为什么存在动态内存分配 2. 动态内存函数的介绍 2.1 malloc和free 2.2 calloc 2.3 realloc 3. 常见的动态内存错误 3.1 对NULL指针的解引用操作 3.2 对动态开辟空间的越界访问 3.3 对非动态开辟内存使用free释放 3.4 使用free释放一块动态开辟内存的一部分 3.5 对同一块动态内存多次释放 1. 为什么存在动态内存分配 *动态内存开辟在堆区* 我们已经掌握的开辟内存方式是类型直接定义变量,开辟的内存是固定的,像: int a=

  • 一文秒懂C语言/C++内存管理(推荐)

    C 语言内存管理指对系统内存的分配.创建.使用这一系列操作.在内存管理中,由于是操作系统内存,使用不当会造成毕竟麻烦的结果.本文将从系统内存的分配.创建出发,并且使用例子来举例说明内存管理不当会出现的情况及解决办法. 一.内存 在计算机中,每个应用程序之间的内存是相互独立的,通常情况下应用程序 A 并不能访问应用程序 B,当然一些特殊技巧可以访问,但此文并不详细进行说明.例如在计算机中,一个视频播放程序与一个浏览器程序,它们的内存并不能访问,每个程序所拥有的内存是分区进行管理的. 在计算机系统中

  • C/C++内存管理详情

    目录 C/C++内存管理 1. C/C++内存分布 2. C语言中动态内存管理方式 2.1 malloc/calloc/realloc和free 3. C++内存管理方式 3.1 new/delete操作内置类型 3.2 new和delete操作自定义类型 4. operator new与operator delete函数 5. new和delete的实现原理 5.1.new 5.2.delete 5.3.new 数组 5.4.delete 数组 C/C++内存管理 内存管理是C++最令人切齿痛

  • C语言与C++中内存管理详解

    目录 内存分布 动态内存管理方式-堆区 C语言动态内存管理 C++动态内存管理 new和delete的用法 operator new与operator delete函数 new和delete的实现原理 定位new表达式 高频面试题 重点new/delete和malloc/free的区别 内存泄漏 内存分布 主要段及其分布 ​ 每个程序运行起来以后,它将拥有自己独立的虚拟地址空间.这个虚拟地址空间的大小与操作系统的位数有关系.32位硬件平台的虚拟地址空间的地址可以从0~2^32-1,即0x0000

  • JVM内存管理之JAVA语言的内存管理详解

    引言 内存管理一直是JAVA语言自豪与骄傲的资本,它让JAVA程序员基本上可以彻底忽略与内存管理相关的细节,只专注于业务逻辑.不过世界上不存在十全十美的好事,在带来了便利的同时,也因此引入了很多令人抓狂的内存溢出和泄露的问题. 可怕的事情还不只如此,有些使用其它语言开发的程序员,给JAVA程序员扣上了一个"不懂内存"的帽子,这着实有点让人难以接受.毕竟JAVA当中没有malloc和delete.没有析构函数.没有指针,刚开始接触JAVA的程序员们又怎么可能接触内存这一部分呢,更何况有不

  • C++内存管理详解使用方式

    目录 c++中内存管理的方式 new和delete操作符的使用方式 operator new和operator delete函数 new和delete的原理内部实现 内置类型 自定义类型 c++中内存管理的方式 在c语言中,我们拥有malloc和free等函数可以对内存进行动态管理 但是总体来说不是很方便,所以c++拥有了一种新的方式来对内存进行管理:通过new和delete操作符来对内存进行动态分配 new和delete操作符的使用方式 new操作符的使用方式: #include<iostre

  • 浅谈C++ 类的实例中 内存分配详解

    一个类,有成员变量:静态与非静态之分:而成员函数有三种:静态的.非静态的.虚的. 那么这些个东西在内存中到底是如何分配的呢? 以一个例子来说明: #include"iostream.h" class CObject { public: static int a; CObject(); ~CObject(); void Fun(); private: int m_count; int m_index; }; VoidCObject::Fun(){ cout<<"Fu

  • javascript的内存管理详解

    介绍 低层次的语言,如C,具有低级别的内存管理命令,如:malloc()和free(),需要开发者手工释放内存.然而像javascript这样的高级语言情况则不同,对象(objects, strings 等)创建的时候分配内存,当他们不在使用的时候内存会被自动回收,这个自动回收的过程被称为垃圾回收.因为垃圾回收的存在,让javascript等高级语言开发者产生了一个错误的认识,以为可以不用关心内存管理. 内存生命周期 不管什么样的编程语言,内存的生命周期基本上是一致的. 1.分配你需要的内存 2

  • Python深入06——python的内存管理详解

    语言的内存管理是语言设计的一个重要方面.它是决定语言性能的重要因素.无论是C语言的手工管理,还是Java的垃圾回收,都成为语言最重要的特征.这里以Python语言为例子,说明一门动态类型的.面向对象的语言的内存管理方式. 对象的内存使用 赋值语句是语言最常见的功能了.但即使是最简单的赋值语句,也可以很有内涵.Python的赋值语句就很值得研究. a = 1 整数1为一个对象.而a是一个引用.利用赋值语句,引用a指向对象1.Python是动态类型的语言(参考动态类型),对象与引用分离.Python

  • C++动态内存管理详解

    目录 1.C/C++程序地址空间 2.C语言动态内存管理 (1)malloc (2)calloc (3)realloc (4)free 3.C++动态内存管理 (1)C++为什么要设计一套自己专属的动态内存管理方式? (2)new/delete定义 1)new/delete操作内置类型 2)new/delete操作自定义类型 (3)new/delete的实现原理 4.malloc/free和new/delete的区别 共同点: 不同点: 5.内存泄漏 总结 1.C/C++程序地址空间 计算机物理

  • c++动态内存管理详解(new/delete)

    目录 前言 用法上 对内置类型 对自定义类型 new/delete底层原理 重载类的专属operatornew和operatordelete 定位new new/delete与malloc/free区别总结 内存泄漏 总结 前言 想必大家对c语言的动态内存分配并不陌生,忘了的小伙伴也可以看看我的这篇文章C语言动态内存分配 c语言的动态内存分配由于有些地方用起来比较麻烦同时检查错误的机制不适合c++,因此c++引入new/delete操作符进行内存管理,下面我们来深入探讨c++为什么要引入new/

  • C语言程序环境中的预处理详解

    目录 一.翻译环境 二.执行环境 三.预处理 1.预处理符号 2.#define定义标识符 3.#define定义宏 4.#和## 5.宏和函数的对比 6.条件编译 7.文件包含 总结 一.翻译环境 整个翻译环境大致就可以画成这样一张图. 下列有几点需要说明: 1. 组成一个程序的每一个源文件通过编译过程分别转换成目标文件(在Linux中目标文件的后缀为.o:而在Windows中目标文件后缀为.obj) 2. 每个目标文件由链接器(linker)捆绑在一起,形成一个单一而完整的可执行程序 3.

  • Python中的内存管理之python list内存使用详解

    前言 使用 Python 的时候,我们知道 list 是一个长度可变对的数组, 可以通过 insert,append 和 extend 轻易的拓展其中的元素个数. 也可以使用运算符 如: [1] + [2] 生成新的数组[1, 2] extend(). "+"."+=" 的区别 "+"将两个 list 相加,会返回到一个新的 list 对象 append 在原 list 上进行修改,没有返回值 从以下代码可以看到, 调用 b = b + [3,

随机推荐