【C++雜貨鋪】內(nèi)管管理

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??前言??

?? C/C++中內(nèi)存分布

?? new 和 delete的使用

?? new 和 delete的優(yōu)點

?? new 和 delete的原理

??? operator new 和 operator delete函數(shù)

??? 內(nèi)置類型

??? 自定義類型

?? 內(nèi)存泄漏

?? 總結(jié)

??前言??

? ? ? ? 歡迎收看本期【C++雜貨鋪】，本期內(nèi)容講解C++內(nèi)存管理。包含了C++中內(nèi)存分布情況，如何進行內(nèi)存管理，使用new和delete操作符開辟/釋放空間等，此外將介紹C++中new 和 delete的優(yōu)點和原理。

? ? ? ? 此外，本期內(nèi)容可能會涉及到類和對象的部分概念，如果你還不是很了解，可以快速閱覽以下文章：

【C++雜貨鋪】詳解類和對象 [上]-CSDN博客

【C++雜貨鋪】詳解類和對象 [中]-CSDN博客

【C++雜貨鋪】詳解類和對象 [下]-CSDN博客

?? C/C++中內(nèi)存分布

? ? ? ? 程序運行會被加載到內(nèi)存，程序的代碼和數(shù)據(jù)則會在內(nèi)存中存儲在不同地方，通過內(nèi)存地址進行訪問。

? ? ? ? 內(nèi)存地址是計算機中用來標識存儲單元位置的一個唯一的數(shù)字。在計算機中，每個存儲單元都有一個唯一的地址，通過這些地址可以訪問和操作存儲器中的數(shù)據(jù)。內(nèi)存地址通常用十六進制表示。

? ? ? ? 為了方便管理不同的類型的數(shù)據(jù)，如全局變量和局部變量，就會在內(nèi)存中劃分出不同區(qū)域。

當(dāng)然這只是簡單的了解一下內(nèi)存分布，如果你學(xué)過操作系統(tǒng)的內(nèi)容，你就會知道，C/C++中的內(nèi)存概念其實都是虛擬內(nèi)存，不是真實的物理內(nèi)存。

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? ? ? ? 上圖中，不同書籍可能會有偏差，如果只學(xué)過語言，只需要知道有棧，堆，數(shù)據(jù)段，代碼段即可。其中棧存放局部變量，形參等數(shù)據(jù)，堆則是由程序員自己手動開辟，存放數(shù)據(jù)。

? ? ? ? 所以，堆區(qū)則是我們進行內(nèi)存管理的區(qū)域了。

?? new 和 delete的使用

? ? ? ? 學(xué)過C語言可能知道，想要在C語言中開辟內(nèi)存空間需要使用malloc函數(shù)，釋放資源使用free函數(shù)。

? ? ? ? 下圖是malloc和free函數(shù)的使用示例。

開辟1個int類型數(shù)據(jù)的空間
int* pa = (int*)malloc(sizeof(int));
if(pa == NULL )
    return 1;

free(pa);

開辟10個int類型數(shù)據(jù)的空間
int* parr = (int*)malloc(sizeof(int) * 10 );

釋放連續(xù)地址空間只需要給出首元素地址即可
free(parr);

? ? ? ? 我們可以看出使用malloc函數(shù)非常的不方便，例如只開辟空間，不能完成初始化；需要手動判斷內(nèi)存是否開辟成功。

? ? ? ? 此外，最重要的是，對于自定義類型，是需要構(gòu)造函數(shù)初始化，但是malloc開完空間后，不能調(diào)用構(gòu)造函數(shù)。

? ? ? ? 所以C++語言就引入了兩個操作符new 和 delete。

? ? ? ? 下圖是new 和 delete操作符的使用示例。

int* pa = new int;
delete pa;

int* parr = new int[10];
delete[] parr;

? ? ? ? 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

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?? new 和 delete的優(yōu)點

? ? ? ? 上文中，我們已經(jīng)知道了new 和 delete 操作符的部分優(yōu)點：

1. 編譯器會自動檢查內(nèi)存空間是否成功開辟，如果失敗，則會拋異常。

2. 可以完成初始化的工作。對于自定義類型，會調(diào)用它的構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)。

int* pa = new int(1);

//如果是不完全初始化，后面會用0代替。
int* parr = new int(10){1,2,3,4,5};

?? new 和 delete的原理

? ? ? ? 以上我們簡單了解了new和delete操作符的基本使用，想要徹底掌握，我們就從底層了解new和delete的區(qū)別以及底層實現(xiàn)。

??? operator new 和 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底層通過operator delete全局函數(shù)來釋放空間。

/*
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)

? ? ? ? 通過兩個全局函數(shù)的實現(xiàn)就知道了，operator new 實際通過malloc來申請空間，如果malloc申請成功直接返回（原地擴容），否則執(zhí)行用戶提供的空間不足的措施（異地擴容），如果用戶提供改措施，則會繼續(xù)申請，否則拋異常。

?????????operator delete 最終通過free來釋放空間。

??? 內(nèi)置類型

? ? ? ? 如果申請的是內(nèi)置類型的空間（int , double，指針...），new和malloc ，delete和free基本類似，不同之處在于：new 和 delete 是申請和釋放單個元素空間，new[]和delete[]申請的是連續(xù)空間，釋放連續(xù)的空間。而且new申請空間時會拋異常，malloc則會返回NULL。

??? 自定義類型

????????● new的原理

? ? ? ? 1. 調(diào)用operator new函數(shù)申請空間。

? ? ? ? 2. 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

? ? ? ? 1. 在空間上進行析構(gòu)函數(shù)，完成對象資源的清理工作。

? ? ? ? 2. 調(diào)用operator delete函數(shù)釋放對象空間。

????????● new[ ]的原理?

? ? ? ? 1. 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。

? ? ? ? 2. 在申請空間上調(diào)用N次構(gòu)造函數(shù)。

????????● delete[ ]的原理

? ? ? ? 1. 在釋放對象的空間上進行N次析構(gòu)函數(shù)，完成N個對象中資源的清理。

? ? ? ? 2. 調(diào)用operator delete[ ]釋放資源，實際在operator delete[ ]中調(diào)用operator delete[ ]了釋放空間。

?? 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。

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