C/C++內(nèi)存管理

C/C++中程序內(nèi)存區(qū)域劃分

C/C++中程序內(nèi)存區(qū)域大致劃分六個(gè)部分：內(nèi)核空間（用戶代碼不能讀寫）、棧（向下增長(zhǎng)）、內(nèi)存映射段（文件映射、動(dòng)態(tài)庫(kù)、匿名映射）、堆（向上增長(zhǎng)）、數(shù)據(jù)段（全局?jǐn)?shù)據(jù)、靜態(tài)數(shù)據(jù)）、代碼段（可執(zhí)行代碼、只讀常量）。

各自內(nèi)存區(qū)域功能

1. 棧，又叫做堆棧。非靜態(tài)局部變量、函數(shù)參數(shù)、返回值等；棧是向下增長(zhǎng)的。
2. 內(nèi)存映射段，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)建共享內(nèi)存，做進(jìn)程間通信。
3. 堆，用于程序運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配，堆是向上增長(zhǎng)的。
4. 數(shù)據(jù)段，存儲(chǔ)全局?jǐn)?shù)據(jù)和靜態(tài)數(shù)據(jù)。
5. 代碼段，可執(zhí)行的代碼、只讀常量。

相關(guān)例題

針對(duì)下面代碼，完成下面三道小題：

int globalVar = 1;
static int staticGlobalVar = 1;
void Test()
{
	static int staticVar = 1;
	int localVar = 1;
	int num1[10] = { 1, 2, 3, 4 };
	char char2[] = "abcd";
	const char* pChar3 = "abcd";
	int* ptr1 = (int*)malloc(sizeof(int) * 4);
	int* ptr2 = (int*)calloc(4, sizeof(int));
	int* ptr3 = (int*)realloc(ptr2, sizeof(int) * 4);
	free(ptr1);
	free(ptr3);
}
//1. 選擇題：
//選項(xiàng) : A.棧 ?B.堆 ?C.數(shù)據(jù)段(靜態(tài)區(qū)) ?D.代碼段(常量區(qū))
//globalVar在哪里？____ ? staticGlobalVar在哪里？____
//staticVar在哪里？____ ? localVar在哪里？____
//num1 在哪里？____
//
//char2在哪里？____ * char2在哪里？___
//pChar3在哪里？____ * pChar3在哪里？____
//ptr1在哪里？____ * ptr1在哪里？____
//2. 填空題：
//sizeof(num1) = ____;
//sizeof(char2) = ____; ? ? ?strlen(char2) = ____;
//sizeof(pChar3) = ____; ? ? strlen(pChar3) = ____;
//sizeof(ptr1) = ____;
//3. sizeof 和 strlen 區(qū)別？

①對(duì)于內(nèi)存區(qū)域理解

選擇題組一

A.棧 ?B.堆 ?C.數(shù)據(jù)段(靜態(tài)區(qū)) ?D.代碼段(常量區(qū))

1. globalVar在哪里？
2. staticGlobalVar在哪里？
3. staticVar在哪里？
4. localVar在哪里？
5. num1 在哪里？

解析

1. int globalVar = 1;

   globalVar是全局變量；“數(shù)據(jù)段，存儲(chǔ)全局?jǐn)?shù)據(jù)和靜態(tài)數(shù)據(jù)”，故選C.數(shù)據(jù)段(靜態(tài)區(qū))；

2. static int staticGlobalVar = 1;

   staticGlobalVar是全局靜態(tài)變量，“數(shù)據(jù)段，存儲(chǔ)全局?jǐn)?shù)據(jù)和靜態(tài)數(shù)據(jù)?！惫蔬xC.數(shù)據(jù)段(靜態(tài)區(qū))；

3. void Test()
   {
   	static int staticVar = 1;
   }

   staticVar是局部靜態(tài)變量，“數(shù)據(jù)段，存儲(chǔ)全局?jǐn)?shù)據(jù)和靜態(tài)數(shù)據(jù)?！惫蔬xC.數(shù)據(jù)段(靜態(tài)區(qū))；

4. void Test()
   {
   	int localVar = 1;
   }

   localVar是局部靜態(tài)變量，“棧，又叫做堆棧。非靜態(tài)局部變量、函數(shù)參數(shù)、返回值等；棧是向下增長(zhǎng)的?！惫蔬xA.棧；

5. void Test()
   {
   	int num1[10] = { 1, 2, 3, 4 };
   }

   num1是局部非靜態(tài)變量，“棧，又叫做堆棧。非靜態(tài)局部變量、函數(shù)參數(shù)、返回值等；棧是向下增長(zhǎng)的?！惫蔬xA.棧；

選擇題組二

A.棧 ?B.堆 ?C.數(shù)據(jù)段(靜態(tài)區(qū)) ?D.代碼段(常量區(qū))

1. char2在哪里？
2. *char2在哪里？
3. pChar3在哪里？
4. *pChar3在哪里？
5. ptr1在哪里？
6. *ptr1在哪里？?

解析

1. void Test()
   {
   	char char2[] = "abcd";
   }

   char2是局部非靜態(tài)變量，“棧，又叫做堆棧。非靜態(tài)局部變量、函數(shù)參數(shù)、返回值等；棧是向下增長(zhǎng)的?！惫蔬xA.棧；

2. void Test()
   {
   	char char2[] = "abcd";
   }

   數(shù)組是首元素的地址，所以對(duì)其解引用仍在棧。

3. void Test()
   {
   	const char* pChar3 = "abcd";
   }

   pchar3是地址，是局部非靜態(tài)變量，注：const修飾的是字符串“abcd”為常量?！?span style="color:#be191c;">棧，又叫做堆棧。非靜態(tài)局部變量、函數(shù)參數(shù)、返回值等；棧是向下增長(zhǎng)的?！惫蔬xA.棧；

4. void Test()
   {
   	const char* pChar3 = "abcd";
   }

   pchar3是地址，指向一塊存儲(chǔ)字符串“abcd”的空間，*pchar3是對(duì)地址解引用，為字符串“abcd”。const修飾的是字符串“abcd”，所以為常量，“代碼段，可執(zhí)行的代碼、只讀常量?！惫蔬xD；

5. void Test()
   {
   	int* ptr1 = (int*)malloc(sizeof(int) * 4);
   }

   ptr1是地址，是局部非靜態(tài)變量，“棧，又叫做堆棧。非靜態(tài)局部變量、函數(shù)參數(shù)、返回值等；棧是向下增長(zhǎng)的?！惫蔬xA.棧；

6. void Test()
   {
   	int* ptr1 = (int*)malloc(sizeof(int) * 4);
   }

   pchar3是地址，指向一塊動(dòng)態(tài)開(kāi)辟的空間，“堆，用于程序運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配，堆是向上增長(zhǎng)的?！惫蔬xB。

②對(duì)于sizeof以及strlen理解

填空題

1. sizeof(num1) = ____;
2. sizeof(char2) = ____;
3. strlen(char2) = ____;
4. sizeof(pChar3) = ____;
5. strlen(pChar3) = ____;
6. sizeof(ptr1) = ____;

解析

1. int globalVar = 1;

   sizeof(num1)：num1是開(kāi)辟10個(gè)空間的數(shù)組，int為4字節(jié)；；

2. void Test()
   {
   	char char2[] = "abcd";
   }

   sizeof(char2) ：“abcd”字符串中隱藏了'\0'，有5個(gè)字符；

3. void Test()
   {
   	char char2[] = "abcd";
   }

   strlen(char2) ：strlen計(jì)算'\0'前面有幾個(gè)字符，4個(gè)字符；

4. void Test()
   {
   	const char* pChar3 = "abcd";
   }

   sizeof(pChar3)：pchar3是地址，是地址就是4或者8；

5. void Test()
   {
   	const char* pChar3 = "abcd";
   }

   strlen(pChar3) ：strlen計(jì)算'\0'前面有幾個(gè)字符，4個(gè)字符；

6. void Test()
   {
   	int* ptr1 = (int*)malloc(sizeof(int) * 4);
   }

   sizeof(ptr1)：ptr1是地址，是地址就是4或者8；

③sizeof和strlen區(qū)別

【點(diǎn)擊查看】sizeof和strlen的區(qū)別、sizeof(a)與sizeof(a+0)區(qū)別在哪里？sizeof(*a)、sizeof(a+1)、sizeof(a[1])...... | 筆試題分析| 超全

C++中動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理

C語(yǔ)言內(nèi)存管理方式在C++中可以繼續(xù)使用，但是有些地方就無(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/delete操作內(nèi)置類型

new/delete操作內(nèi)置類型使用語(yǔ)法

• 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[]，注意要匹配起來(lái)使用。?

數(shù)據(jù)類型 變量名 = new 數(shù)據(jù)類型;
數(shù)據(jù)類型 變量名 = new 數(shù)據(jù)類型（初始化值）;
數(shù)據(jù)類型 變量名 = new 數(shù)據(jù)類型[個(gè)數(shù)]）;

delete 變量名；
delete []變量名；

new/delete操作內(nèi)置類型使用示范

void Test()
{
	//動(dòng)態(tài)申請(qǐng)一個(gè)int類型的空間
	int* ptr4 = new int;
	//動(dòng)態(tài)申請(qǐng)一個(gè)int類型的空間并初始化為10
	int* ptr5 = new int(10);
	//動(dòng)態(tài)申請(qǐng)三個(gè)int類型的空間
	int* ptr6 = new int[3];

	delete ptr4;
	delete ptr5;
	delete[] ptr6;
}

new/delete操作自定義類型

new/delete操作自定義類型語(yǔ)法

類名* 地址名 = new 類名[];

new/delete操作自定義類型使用示范

class A
{
private:
	int _a;
public:
	A(int a = 0)
		:_a(a)
	{
		cout << "A(int a = 0)" << this << endl;
	}
	~A()
	{
		cout << "~A()" << this << endl;
	}
};

int main()
{
	A* p2 = new A[10];
	delete[] p2;
	return 0;
}

new/delete和malloc/free區(qū)別

• 對(duì)于內(nèi)置類型，幾乎都一樣；
• 對(duì)于自定義類型，new/delete除了開(kāi)辟空間還會(huì)調(diào)用構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)。

operator new與operator delete函數(shù)

• 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實(shí)際也是通過(guò)malloc來(lái)申請(qǐng)空間的；
• 如果malloc申請(qǐng)空間成功就直接返回，否則執(zhí)行用戶提供的空間是不足應(yīng)對(duì)措施的；‘’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。

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；
• naw[]和delete[]申請(qǐng)的是連續(xù)空間；
• 而且new在申請(qǐng)空間時(shí)會(huì)拋出異常，malloc會(huì)返回NULL。

自定義類型

new的原理

1. 調(diào)用operator new函數(shù)申請(qǐng)空間；
2. 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

1. 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；
2. 調(diào)用operator delete函數(shù)釋放對(duì)象的空間。

new T[N] 的原理

1. 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)；
2. 在申請(qǐng)的空間上執(zhí)行N次構(gòu)造函數(shù)。

delete[] 的原理

1. 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；
2. 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。

定位new表達(dá)式（placement-new）

定位new表達(dá)式（placement-new）語(yǔ)法

• 定位new表達(dá)式是在已經(jīng)分配的原始內(nèi)存空間中調(diào)用了構(gòu)造函數(shù)初始化一個(gè)對(duì)象。
• 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定義表達(dá)式進(jìn)行顯示調(diào)用構(gòu)造函數(shù)進(jìn)行初始化）。

new(指針名)數(shù)據(jù)類型;
new(指針名)數(shù)據(jù)類型(初始化列表);

定位new表達(dá)式（placement-new）使用實(shí)例

class A
{
private:
	int _a;
public:
	A(int a = 0)
		:_a(a)
	{
		cout << "A(int a = 0)" << this << endl;
	}
	~A()
	{
		cout << "~A()" << this << endl;
	}
};

//定位new、replacement new
int main()
{
	A* p1 = (A*)operator new(sizeof(A));
	new(p1)A(10);
	p1->~A();
	operator delete(p1);

	return 0;
}

常見(jiàn)面試題

malloc/free和new/delete的區(qū)別

malloc/free和new/delete的共同點(diǎn)是：都是從堆上申請(qǐng)空間，并且都需要用戶手動(dòng)釋放。

malloc/free和new/delete不同點(diǎn)：

• malloc和free是函數(shù)，new和delete是操作符；
• malloc申請(qǐng)的空間不會(huì)初始化，new可以初始化；
• malloc申請(qǐng)空間時(shí)，需要手動(dòng)計(jì)算空間大小并傳遞，new只需要在其后跟上空間的類型即可，如果是多個(gè)對(duì)象，[] 中指定對(duì)象個(gè)數(shù)即可；
• malloc返回值為void*，在使用時(shí)必須強(qiáng)轉(zhuǎn)，new不需要，因?yàn)閚ew后跟的是空間的類型；
• malloc申請(qǐng)空間失敗時(shí)，返回的是NULL，因此使用時(shí)必須判空，new不需要，但是new需要捕獲異常；
• 申請(qǐng)自定義類型對(duì)象時(shí)，malloc和free只會(huì)開(kāi)辟空間，不會(huì)調(diào)用構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)，而new在申請(qǐng)空間后會(huì)調(diào)用構(gòu)造函數(shù)完成對(duì)象的初始化，delete在釋放空間前會(huì)調(diào)用析構(gòu)函數(shù)完成空間中資源的清理。

內(nèi)存泄漏

什么是內(nèi)存泄漏，內(nèi)存泄漏的危害

內(nèi)存泄漏

內(nèi)存泄漏，是指因?yàn)槭韬龌蛘咤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)存泄漏的危害

長(zhǎng)期運(yùn)行的程序出現(xiàn)內(nèi)存泄漏，影響很大，如操作系統(tǒng)、后臺(tái)服務(wù)等等，出現(xiàn)內(nèi)存泄漏會(huì)導(dǎo)致響應(yīng)越來(lái)越慢，最終卡死。

void MemoryLeaks()
{
 ? // 1.內(nèi)存申請(qǐng)了忘記釋放
 ?int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int));
 ?int* p2 = new int;
 ?
 ?// 2.異常安全問(wèn)題
 ?int* p3 = new int[10];
 ?
 ?Func(); // 這里Func函數(shù)拋異常導(dǎo)致 delete[] p3未執(zhí)行，p3沒(méi)被釋放.
 ?
 ?delete[] p3;
}

內(nèi)存泄漏分類

堆內(nèi)存泄漏（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或者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。

系統(tǒng)資源泄漏

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。

如何避免內(nèi)存泄漏

1. 工程前期良好的設(shè)計(jì)規(guī)范，養(yǎng)成良好的編碼規(guī)范，申請(qǐng)的內(nèi)存空間記著匹配的去釋放。ps：這個(gè)理想狀態(tài)。但是如果碰上異常時(shí)，就算注意釋放了，還是可能會(huì)出問(wèn)題。需要下一條智能指針來(lái)管理才有保證。
2. 采用RAII思想或者智能指針來(lái)管理資源。
3. 有些公司內(nèi)部規(guī)范使用內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的私有內(nèi)存管理庫(kù)。這套庫(kù)自帶內(nèi)存泄漏檢測(cè)的功能選項(xiàng)。
4. 出問(wèn)題了使用內(nèi)存泄漏工具檢測(cè)。ps：不過(guò)很多工具都不夠靠譜，或者收費(fèi)昂貴。

如何避免內(nèi)存泄漏：文章來(lái)源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-833292.html

1. 事前預(yù)防。智能指針等。
2. 事后查錯(cuò)型。泄漏檢測(cè)工具。

到了這里，關(guān)于C++ || C/C++內(nèi)存管理 | C++動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理方式 | operator new/delete函數(shù) | new和delete實(shí)現(xiàn)原理 | 定位new表達(dá)式 | 內(nèi)存泄漏的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！