?? 作者簡介 ：RO-BERRY
?? 學(xué)習(xí)方向：致力于C、C++、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、TCP/IP、數(shù)據(jù)庫等等一系列知識
?? 日后方向 : 偏向于CPP開發(fā)以及大數(shù)據(jù)方向，歡迎各位關(guān)注，謝謝各位的支持
1. C/C++內(nèi)存分布
我們先來看下面的一段代碼和相關(guān)問題
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);
}
-
選擇題：
選項: 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？____答案為CCCAA
globalVar為定義為全局變量，所以在靜態(tài)區(qū)staticGlobalVar定義為static全局變量，在靜態(tài)區(qū)，并且只在本文件可以使用，其他文件查找不到staticVar定義為函數(shù)體內(nèi)的static變量，在靜態(tài)區(qū)，并且只在本函數(shù)內(nèi)可以使用，其他函數(shù)查找不到localVar定義為函數(shù)體內(nèi)的整形，為棧區(qū)，函數(shù)結(jié)束銷毀num1定義為函數(shù)體內(nèi)的數(shù)組，為棧區(qū)，函數(shù)結(jié)束銷毀char2在哪里？____ *char2在哪里？___
pChar3在哪里？____ *pChar3在哪里？____
ptr1在哪里？____ *ptr1在哪里？____答案為AAAD
char2定義為函數(shù)體內(nèi)的字符數(shù)組，為棧區(qū)，函數(shù)結(jié)束銷毀*char2為字符數(shù)組里的字符，為棧區(qū)，函數(shù)結(jié)束銷毀pChar3為指針變量，存的是常量區(qū)的地址，為棧區(qū)，函數(shù)結(jié)束銷毀*pChar3為常量字符串/字面量，存在常量區(qū)ptr1為指針變量，存的是堆區(qū)的地址，但是為棧區(qū)，函數(shù)結(jié)束銷毀*ptr1為堆區(qū) -
填空題：
sizeof(num1) = ____;
sizeof(char2) = ____; strlen(char2) = ____;
sizeof(pChar3) = ____; strlen(pChar3) = ____;
sizeof(ptr1) = ____;num1為十個整形的數(shù)組，大小為40char2為字符數(shù)組，存儲的是“abcd\0”，大小為5char2的長度為4pChar3的大小為4或者8，看為32位還是64位pChar3的長度為4ptr1的大小為4或者8 -
sizeof 和 strlen 區(qū)別？
sizeof和strlen是C語言中的兩個關(guān)鍵字，用于獲取變量或字符串的大小。它們的區(qū)別如下：
-
sizeof：sizeof是一個運算符，用于獲取變量或數(shù)據(jù)類型的大?。ㄒ宰止?jié)為單位）。它可以用于任何數(shù)據(jù)類型，包括基本數(shù)據(jù)類型（如int、float）和自定義數(shù)據(jù)類型（如結(jié)構(gòu)體、數(shù)組）。sizeof返回的是一個無符號整數(shù)值。
-
strlen：strlen是一個函數(shù)，用于獲取字符串的長度（以字符為單位）。它只能用于字符串類型（即以null字符’\0’結(jié)尾的字符數(shù)組）。strlen返回的是一個整數(shù)值，表示字符串中字符的個數(shù)，不包括null字符。
總結(jié)一下：
sizeof用于獲取變量或數(shù)據(jù)類型的大小，而strlen用于獲取字符串的長度。
sizeof可以用于任何數(shù)據(jù)類型，而strlen只能用于字符串類型。
sizeof返回的是字節(jié)數(shù)，strlen返回的是字符個數(shù)。 -
【說明】
- 棧又叫堆棧–非靜態(tài)局部變量/函數(shù)參數(shù)/返回值等等，棧是向下增長的。
- 內(nèi)存映射段是高效的I/O映射方式，用于裝載一個共享的動態(tài)內(nèi)存庫。用戶可使用系統(tǒng)接口創(chuàng)建共享共享內(nèi)存，做進程間通信。
- 堆用于程序運行時動態(tài)內(nèi)存分配，堆是可以上增長的。
- 數(shù)據(jù)段–存儲全局?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。
2. C語言中動態(tài)內(nèi)存管理方式：malloc/calloc/realloc/free
void Test()
{
int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int));
free(p1);
int* p2 = (int*)calloc(4, sizeof(int));
int* p3 = (int*)realloc(p2, sizeof(int) * 10);
// 這里需要free(p2)嗎？
free(p3);
}
在這段代碼中，需要使用free(p2)來釋放內(nèi)存。雖然在后續(xù)使用realloc重新分配內(nèi)存時，會將原來的內(nèi)存塊復(fù)制到新的內(nèi)存塊中，但是在這之前，我們?nèi)匀恍枰褂胒ree來釋放原來的內(nèi)存塊。這是因為realloc函數(shù)并不會自動釋放原來的內(nèi)存塊，而是返回一個新的指針指向重新分配后的內(nèi)存塊。所以，在使用realloc之前，我們需要手動釋放原來的內(nèi)存塊。
.【面試題】
- malloc/calloc/realloc的區(qū)別？
malloc、calloc和realloc都是C語言中用于動態(tài)存分配的函數(shù)，它們的區(qū)別如下：
- malloc：malloc函數(shù)用于分配指定大小的內(nèi)存塊，并返回一個指向該內(nèi)存塊起始地址的指針。它只負責(zé)分配內(nèi)存，并不對內(nèi)存進行初始化，所以分配的內(nèi)存中可能包含舊數(shù)據(jù)。
- calloc：calloc函數(shù)也用于分配內(nèi)存塊，但與malloc不同的是，它在分配內(nèi)存后會將內(nèi)存塊中的每個字節(jié)都初始化為0。因此，使用calloc分配的內(nèi)存是被清零的。
- realloc：realloc函數(shù)用于重新分配已經(jīng)分配的內(nèi)存塊的大小。它接受兩個參數(shù)：一個已經(jīng)分配的內(nèi)存塊指針和新的大小。realloc會嘗試重新分配指定大小的內(nèi)存，并返回一個指向新分配內(nèi)存起始地址的指針。如果重新分配成功，原來的內(nèi)存塊會被釋放；如果失敗，原來的內(nèi)存塊保持不變。需要注意的是，realloc可能會將原來的數(shù)據(jù)復(fù)制到新的內(nèi)存塊中，因此在使用realloc時需要小心處理指針引用問題。
3. C++內(nèi)存管理方式
C語言內(nèi)存管理方式在C++中可以繼續(xù)使用，但有些地方就無能為力，而且使用起來比較麻煩，因
此C++又提出了自己的內(nèi)存管理方式：通過new和delete操作符進行動態(tài)內(nèi)存管理。
3.1 new/delete操作內(nèi)置類型
void Test()
{
// 動態(tài)申請一個int類型的空間
int* ptr4 = new int;
// 動態(tài)申請一個int類型的空間并初始化為10
int* ptr5 = new int(10);
// 動態(tài)申請3個int類型的空間
int* ptr6 = new int[3];
// 動態(tài)申請3個int類型的空間，并初始化為1,2,3
int* ptr7 = new int[3]{1,2,3};
// 動態(tài)申請10個int類型的空間，并初始化為1,2,3,0,0,0,0,0,0
int* ptr8 = new int[10]{1,2,3}; //new會為你沒有初始化的空間默認(rèn)初始化為0
delete ptr4;
delete ptr5;
delete[] ptr6;
delete[] ptr7;
delete[] ptr7;
}
注意：申請和釋放單個元素的空間，使用new和delete操作符，申請和釋放連續(xù)的空間，使用new[]和delete[] --------注意：匹配起來使用。
3.2 new和delete操作自定義類型
class A
{
public:
A(int a = 0)
: _a(a)
{
cout << "A():" << this << endl;
}
~A()
{
cout << "~A():" << this << endl;
}
private:
int _a;
};
int main()
{
// new/delete 和 malloc/free最大區(qū)別是 new/delete對于【自定義類型】除了開空間還會調(diào)用構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)
cout << "自定義類型" << endl;
cout << "malloc and free" << endl;
A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));
free(p1);
cout << "new and delete" << endl;
A* p2 = new A(1);
delete p2;
cout << endl;
// 內(nèi)置類型是幾乎是一樣的
cout << "內(nèi)置類型" << endl;
cout << "malloc and free" << endl;
int* p3 = (int*)malloc(sizeof(int)); // C
free(p3);
cout << "new and delete" << endl;
int* p4 = new int;
delete p4;
cout << endl;
cout << "自定義類型多個空間" << endl;
cout << "malloc and free" << endl;
A* p5 = (A*)malloc(sizeof(A) * 10);
free(p5);
cout << "new and delete" << endl;
A* p6 = new A[10];
delete[] p6;
cout << endl;
return 0;
}
注意：在申請自定義類型的空間時，new會調(diào)用構(gòu)造函數(shù)，delete會調(diào)用析構(gòu)函數(shù)，而malloc與free不會。 所以對于自定義類型的初始化，new和delete比malloc和free更為方便
內(nèi)置類型的對象申請釋放，new和malloc除了用法上，沒有人任何區(qū)別
4. operator new與operator delete函數(shù)
new和delete是用戶進行動態(tài)內(nèi)存申請和釋放的操作符，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)來申請空間，delete在底層通過operator delete全局函數(shù)來釋放空間。這兩個函數(shù)是封裝了malloc和free。
/*
operator new：該函數(shù)實際通過malloc來申請空間，當(dāng)malloc申請空間成功時直接返回；申請空間
失敗，嘗試執(zhí)行空 間不足應(yīng)對措施，如果改應(yīng)對措施用戶設(shè)置了，則繼續(xù)申請，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)
{
// report no memory
// 如果申請內(nèi)存失敗了，這里會拋出bad_alloc 類型異常
static const std::bad_alloc nomem;
_RAISE(nomem);
}
return (p);
}
/*
operator delete: 該函數(shù)最終是通過free來釋放空間的
*/
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;
}
/*
free的實現(xiàn)
*/
#define free(p) _free_dbg(p, _NORMAL_BLOCK)
operator new 實際也是通過malloc來申請空間，如果malloc申請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)對措施，如果用戶提供該措施就繼續(xù)申請，否則就拋異常。operator delete 最終是通過free來釋放空間的。
5. new和delete的實現(xiàn)原理
5.1 內(nèi)置類型
如果申請的是內(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申請和釋放的是單個元素的空間，new[]和delete[]申請的是連續(xù)空間，而且new在申請空間失敗時會拋異常，malloc會返回NULL。
5.2 自定義類型
new的原理
- 調(diào)用operator new函數(shù)申請空間
- 在申請的空間上執(zhí)行構(gòu)造函數(shù)，完成對象的構(gòu)造
delete的原理
- 在空間上執(zhí)行析構(gòu)函數(shù)，完成對象中資源的清理工作
- 調(diào)用operator delete函數(shù)釋放對象的空間
new T[N]的原理
- 調(diào)用operator new[]函數(shù)，在operator new[]中實際調(diào)用operator new函數(shù)完成N個對象空間的申請
- 在申請的空間上執(zhí)行N次構(gòu)造函數(shù)
delete[]的原理
- 在釋放的對象空間上執(zhí)行N次析構(gòu)函數(shù)，完成N個對象中資源的清理
- 調(diào)用operator delete[]釋放空間，實際在operator delete[]中調(diào)用operator delete來釋放空間
6. 定位new表達式(placement-new) （了解）
定位new表達式是在已分配的原始內(nèi)存空間中調(diào)用構(gòu)造函數(shù)初始化一個對象。
使用格式：
new (place_address) type或者new (place_address) type(initializer-list)place_address必須是一個指針，initializer-list是類型的初始化列表
使用場景：
定位new表達式在實際中一般是配合內(nèi)存池使用。因為內(nèi)存池分配出的內(nèi)存沒有初始化，所以如果是自定義類型的對象，需要使用new的定義表達式進行顯示調(diào)構(gòu)造函數(shù)進行初始化。
class Stack
{
public:
Stack(int capacity = 4)
{
cout << "調(diào)用構(gòu)造函數(shù)" << endl;
_a = new int[capacity];
_top = 0;
_capacity = capacity;
}
~Stack()
{
cout << "調(diào)用析構(gòu)函數(shù)" << endl;
delete[] _a;
_a = nullptr;
_top = 0;
_capacity = 0;
}
private:
int* _a;
int _top;
int _capacity;
};
int main()
{
//構(gòu)造函數(shù)自動調(diào)用
Stack s1;
Stack* p1 = (Stack*)operator new(sizeof(Stack));
//不能這么顯示調(diào)用構(gòu)造函數(shù)
//p1->Stack(1);
//定位new可以顯示調(diào)用構(gòu)造函數(shù)
new(p1)Stack(1);
//析構(gòu)函數(shù)可以顯示調(diào)用
p1->~Stack();
return 0;
}
運用實例：
class A
{
public:
A(int a = 0)
: _a(a)
{
cout << "A():" << this << endl;
}
~A()
{
cout << "~A():" << this << endl;
}
private:
int _a;
};
// 定位new/replacement new
int main()
{
// p1現(xiàn)在指向的只不過是與A對象相同大小的一段空間，還不能算是一個對象，因為構(gòu)造函數(shù)沒有執(zhí)行
A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));
new(p1)A; // 注意：如果A類的構(gòu)造函數(shù)有參數(shù)時，此處需要傳參
p1->~A();
free(p1);
A* p2 = (A*)operator new(sizeof(A));
new(p2)A(10);
p2->~A();
operator delete(p2);
return 0;
}
7. 常見面試題
7.1 malloc/free和new/delete的區(qū)別
malloc/free和new/delete的共同點： 都是從堆上申請空間，并且需要用戶手動釋放。
不同的地方是：
- malloc和free是函數(shù)，new和delete是操作符
- malloc申請的空間不會初始化，new可以初始化
- malloc申請空間時，需要手動計算空間大小并傳遞，new只需在其后跟上空間的類型即可，
如果是多個對象，[]中指定對象個數(shù)即可 - malloc的返回值為void*, 在使用時必須強轉(zhuǎn)，new不需要，因為new后跟的是空間的類型
- malloc申請空間失敗時，返回的是NULL，因此使用時必須判空，new不需要，但是new需
要捕獲異常 - 申請自定義類型對象時，malloc/free只會開辟空間，不會調(diào)用構(gòu)造函數(shù)與析構(gòu)函數(shù)，而new
在申請空間后會調(diào)用構(gòu)造函數(shù)完成對象的初始化，delete在釋放空間前會調(diào)用析構(gòu)函數(shù)完成
空間中資源的清理
7.2 內(nèi)存泄漏
什么是內(nèi)存泄漏： 內(nèi)存泄漏指因為疏忽或錯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，因為設(shè)計錯誤，失去了對該段內(nèi)存的控制，因而造成了內(nèi)存的浪費。
內(nèi)存泄漏的危害： 長期運行的程序出現(xiàn)內(nèi)存泄漏，影響很大，如操作系統(tǒng)、后臺服務(wù)等等，出現(xiàn)內(nèi)存泄漏會導(dǎo)致響應(yīng)越來越慢，最終卡死。
7.3 operator new和new的區(qū)別
operator new和new是C++中用于動態(tài)內(nèi)存分配的兩個關(guān)鍵字，它們有以下區(qū)別：
-
operator new是一個全局函數(shù)，用于分配指定大小的內(nèi)存塊，但不會調(diào)用對象的構(gòu)造函數(shù)。它返回一個指向分配內(nèi)存的指針。使用operator new時，需要手動調(diào)用對象的構(gòu)造函數(shù)來初始化對象。
-
new是一個運算符，用于在動態(tài)存儲區(qū)中分配內(nèi)存，并調(diào)用對象的構(gòu)造函數(shù)進行初始化。它可以自動計算所需的內(nèi)存大小，并返回一個指向已初始化對象的指針。文章來源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-837571.html
總結(jié)來說，operator new只負責(zé)內(nèi)存的分配，而new除了分配內(nèi)存外還會調(diào)用對象的構(gòu)造函數(shù)進行初始化。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-837571.html
到了這里，關(guān)于【C++庖丁解?！緾++內(nèi)存管理 | new和delete的使用以及使用原理的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請在右上角搜索TOY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)！
