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C++ 动态内存管理详情解说

作者：玄鸟轩墨​​​​​​​

这篇文章主要介绍了C++ 动态内存管理详情解说，文章围绕主题展开详细的内容介绍，具有一定的参考价值，需要的朋友可以参考一下，希望对你的学习有所帮助

写在前面

我们知道C++是支持C语言的,也就是说,C语言里面的malloc等函数都可以在C++中使用,但是C++有支持了另外两个关键字,这是很有用的,我们需要看看C++的动态内存.

C/C++ 内存分布

我记得，在初识C语言那里就和大家分享了程序虚拟地址空间的概念，无论是C语言的nalloc函数，还是我们现在要分享的new，都是在堆区开辟空间，这一点是我们要首先记得的。

C语言内存管理方式

C语言是通过函数来经行动态的内存开辟的，标准库里面提供三个函数，这里我就不加赘述了，大家应该都是知道的。我么看看用法就可以了。

#include <stdio.h>
#include <assert.h>

int main()
{
// malloc 开辟空间 不初始化
int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int)* 4);
assert(p1);

//calloc 开辟空间 初始化 为 0
int* p2 = (int*)calloc(4, sizeof(int));
assert(p2);
// 追加 空间
p1 = (int*)relloc(p1, sizeof(int)* 8);

free(p1);
free(p2);
return 0;
}

C++内存管理方式

C++是支持C语言的,也是说C++是可以使用这些函数的,但是除了这些函数外,C++有增加了new和delete这个两个关键字,分别对标的malloc/calloc和free,而且C++的方式比C的好用.

C++为何增加了new 和 delete

我们都知道,C语言的结构体里面不支持函数,所以大佬们提出了类的概念,出现了class,又害怕自己有时后可能忘记初始化和清除掉内存,就出现了构造函数和析构函数,让编译器自动调用,可以说,所有的事物的出现都是为了我们更好的使用语言,new和delete也似乎如此,C语言的动态内存开辟是有一定的麻烦的,而且对于自动类型很不友好,后面我们就会比较他们的优劣.

我们还发现一个很直接问题,每一次开辟空间我们都要强制类型转换,而且还需要判断内存是不是究竟开出来了,这也太麻烦了,new却不会出现这种事,如果没有开辟出,编译器会抛异常,我们就不需要再自己手动检测了.

new 一个对象

这样,我先和大家演示内置类型,自定义类型那里我准备专门和malloc比较一下.

#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
int* p1 = new int;
*p1 = 10;
cout << *p1 << endl;
return 0;
}

我们也知道,再C++中,内置类行也被作为类了,我们可以再new的时候对它进行初始化.

int main()
{
int* p = new int(0);
cout << *p << endl;

return 0;
}

new 一个数组

new一个数组更是简单,我们直接写出来就可以了.

int main()
{
int* p = new int[10]; // new 一个 10 个int 类行的空间
return 0;
}

我们也可以在new空间的时候进行实例化,不过要显示实例化

int main()
{
int* p = new int[10]{1,2,3};
return 0;
}

delete

大家可能发现,我上面都没有释放空间,这会造成内存泄漏,这里我们用另一个关键字delete,这里就比较简单了.

大家可能疑惑delete[],这里我们记住就可以了,如果你要清除数组的空间,最好使用这种方式,或许对于内置类行,使用delete也可以,但是对于自定义类行可能会报错,这里我也放在后面谈.

int main()
{
int* p1 = new int;
int* p2 = new int[10]{1,2,3};
delete p1;
delete[] p2;
return 0;
}

malloc & new

我们需要对比一下malloc和new它们之间的区别,这样就可以知道C++为何这么喜欢new了.

内置类型

我们先下一个结论,它们两个对于内置类行除了报错之外是没有任何区别的,都不会经行初始化,这里我们现不谈报错的信息,异常和没有和大家分享.

int main()
{
int* p1 = new int[10];

int* p2 = (int*)malloc(sizeof(int)* 10);
assert(p2);

delete[] p1;
free(p2);
return 0;
}

自定义类型

对于自定义类型,它们的差别可大了去了.

我们先来准备一个类：

class A
{
public:
A(int a = 0,int b=0)
:_a(a)
, _b(b)
{
cout << "构造函数" << endl;
}
~A()
{
cout << "析构函数" << endl;
}
private:
int _a;
int _b;
};

malloc是直接开辟空间,对于里面的构造函数是不会调用的,free的时候也不会调用析构函数

int main()
{
A* aa = (A*)malloc(sizeof(A));
free(aa);
return 0;
}

new 和 delete会分别调用构造函数和析构函数,完成初始化

int main()
{
A* aa = new A;
delete aa;
return 0;
}

operator new与operator delete函数

这里一看像是new和delete的重载,记住,这不是,就是名字有点奇怪罢了.这是C++里面的全局函数,它的使用方法和malloc一样,而且作用也是有一样的,不会调用构造函数和析构函数.

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

int main()
{
A* aa = (A*)operator new(sizeof(A));
operator delete (aa);
return 0;
}

原理

通过源码我们就会发现,实际上operator new与operator delete函数 本质上是malloc和free的封装,就是报错的信息有点不同,封装的报错的信息是异常.

operator new 的原理是 malloc

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 原理

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); // 注意 C语言的free 就是这个函数 __FINALLY _munlock(_HEAP_LOCK); /* release other threads */ __END_TRY_FINALLY return; }

为何出现这两个函数

这两个函数不是给我们调用的,是为了new的底层调用的,我们new一个对象,就相当于call operator new 和 call 对象的构造函数,这才是它们出现的原因.

大家可以看看反汇编.

delete & delete[]

这个我们可以这么理解,对于内置类型,它们就没必要讨论的,作用差不多.但是对于自定义类型就有很大的问题.

大家先看看结果：

delete[] 析构相应的的次数

int main() { A* aa = new A[3]; delete[] aa; return 0; }

delete 析构一次,还会报错

int main() { A* aa = new A[3]; delete aa; return 0; }

内存池

这里我想提一个概念，我们都知道malloc和new都是在堆上开辟空间，如果我们要是多次的去开辟空间，效率是不是有点慢，想一想，我们一次开辟一次，开了个上千次，每次都要去申请，我们在想，能不能单独的划分出一块区域，专门提供我们想要的对象来开辟空间，这就是内存池最初的想法，大家可能会感到疑惑，内存池和堆有什么不同吗，简单来说，内存池离你近,可以提高效率。我们可以这么类比，堆就像每吨你在学校吃饭就和你老爸要钱，每顿都要，那么内存池就像月初你直接和你爸要好这个月的生活费，一月要一次，肯定是后者的效率比较高的。

那么我们该如何使用内存池，标准库里面也提供了一个，这里我们需要在类内重写operator new与operator delete函数函数，大家先来了解一下用法就可以了，我们先不来细究，后面可能会有一个高并发内存池的项目要和大家分享，不过这个时间就有点长了。

struct ListNode
{
ListNode* _next;
ListNode* _prev;
int _data;

// 申请空间的是后去内存 池
void* operator new(size_t n)
{
void* p = nullptr;
p = allocator<ListNode>().allocate(1);
cout << "memory pool allocate" << endl;
return p;
}
void operator delete(void* p)
{
allocator<ListNode>().deallocate((ListNode*)p, 1);
cout << "memory pool deallocate" << endl;
}
};
class List
{
public:
List()
{
_head = new ListNode;
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
}
~List()
{
ListNode* cur = _head->_next;
while (cur != _head)
{
ListNode* next = cur->_next;
delete cur;
cur = next;
}
delete _head;
_head = nullptr;
}
private:
ListNode* _head;
};

int main()
{
List l1;
return 0;
}

定位 new

我们已经知道了,使用operator new开辟出的空间是不会初始化的,而且现在我们是无法通过对象来显式调用构造函数的,这也就意味着我们要是向修改成员变量,一定会破坏封装.但是C++这里也提供了一个定位new的技术可以帮助我们再次实例化,我们先来看看用法.

class A
{
public:
A(int a = 0)
:_a(a)
{
}
private:
int _a;
};

int main()
{
A* a = (A*)operator new(sizeof(A));

// 定位 new
new(a)A (1);
return 0;
}

从这里我们就可以知道了,定位new有下面两种用法

到此这篇关于C++ 动态内存管理详情解说的文章就介绍到这了,更多相关C++ 动态内存管理内容请搜索脚本之家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脚本之家！

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