1. C/C++内存分布

在学习之前可以先来测试一下看自己对内存了解多少

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. 选择题
选项 : A.栈 B.堆 C.数据段(静态区) D.代码段(常量区)
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. 填空题
sizeof(num1) = ____;
sizeof(char2) = ____; strlen(char2) = ____;
sizeof(pChar3) = ____; strlen(pChar3) = ____;
sizeof(ptr1) = ____;

答案从左至右
C C C A A
A A A D A B

40  5  4  4/8  4  4/8

 需要注意char2和pChar3的区别char2是数组。他只是将常量区的字符串赋值给自己所以*char2是在栈区而pChar3是指针他是指向常量区的所以*pChar3在常量区。

 1. 栈又叫堆栈--非静态局部变量/函数参数/返回值等等栈是向下增长的。

2. 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。Linux课程如果没学到这块现在只需要了解一下

3. 堆用于程序运行时动态内存分配堆是可以上增长的。

4. 数据段--存储全局数据和静态数据。

5. 代码段--可执行的代码/只读常量。

2. C语言中动态内存管理

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);
	// 这里需要free(p2)吗
	free(p3);
}

 realloc分为原地扩容和异地扩容如果是原地扩容p2和p3其实是一样的指向了相同的空间释放p3即可释放p2如果是异地扩容编译器会自动将p2释放掉。所以p2是不需要手动释放的。

3. C++内存管理方式

C语言内存管理方式在C++中可以继续使用但有些地方就无能为力而且使用起来比较麻烦因此C++又提出了自己的内存管理方式通过new和delete操作符进行动态内存管理

3.1 new/delete操作内置类型

void Test()
{
	// 动态申请一个int类型的空间
	int* ptr1 = new int;
	// 动态申请一个int类型的空间并初始化为10
	int* ptr2 = new int(10);
	// 动态申请10个int类型的空间
	int* ptr3 = new int[3];
    // 动态申请三个int类型的空间并且分别初始化为123
    int* ptr4 = new int[3]{1, 2, 3};
    // 动态申请10个int类型的空间并且全部初始化为0
    int* ptr5 = new int[10]{};

	delete ptr1;
	delete ptr2;
	delete[] ptr3;
    delete[] ptr4;
    delete[] ptr5;
}

C++兼容C语言内置类型的动态申请用法简化了功能其实是一样的。

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[]注意匹配起来使用。

3.2 new和delete操作自定义类型

对于内置类型new和delete仅仅是创建的时候更方便了但是真正的价值其实是创建自定义类型。

A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));

使用malloc创造新对象的时候是不会调用构造函数的如果我们想调用一下构造函数发现其实是做不到的所以C++加入了new的概念

void Test3()
{
	//malloc没有办法很好支持动态申请的自定义对象初始化
	A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));

	//自定义类型开空间+调用构造函数初始化
	A* p2 = new A;
	A* p3 = new A(3);

	//自定义类型调用析构函数+释放空间
	delete p2;
	delete p3;
}

new: 自定义类型开空间+调用构造函数初始化

delete: 自定义类型调用析构函数+释放空间

new / delete 和 malloc / free最大区别是 new / delete对于【自定义类型】除了开空间还会调用构造函数和析构函数内置类型是几乎是一样的。
 

4.new失败

使用malloc失败之后会返回一个空指针但是使用new就不会发生这种情况而是会抛出一个异常。

int main()
{
	char* ptr = new char[0x7fffffff];
	
	return 0;
}

当我们创建了这么大的一个空间时空间不够就会抛出异常。

解决方法就是要捕获异常。

int main()
{
	try
	{
		char* ptr = new char[0x7fffffff];

		cout << "1111" << endl;
	}
	catch(const exception& e)
	{
		cout << e.what() << endl;
	}
	return 0;
}

 当抛出异常之后便不会再执行异常之后的代码了直接跳转到catch位置。如果不捕获异常的话程序就会直接终止。

 如果try内部没有出现异常则不会进入catch。

5. operator new与operator delete函数

new分为两个部分第一是创造空间第二是调用构造函数而创建空间其实是operator new函数完成的。

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。

通过上述两个全局函数的实现知道operator new 实际也是通过malloc来申请空间如果malloc申请空间成功就直接返回否则执行用户提供的空间不足应对措施如果用户提供该措施就继续申请否则就抛异常。operator delete 最终是通过free来释放空间的。

operator new 和operator delete只是将malloc和free封装起来了并不是给用户使用的而是给new和delete使用。

6. new和delete的实现原理

6.1 内置类型

如果申请的是内置类型的空间new和mallocdelete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。

6.2 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. 在空间上执行析构函数完成对象中资源的清理工作

2. 调用operator delete函数释放对象的空间

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

7 malloc/free和new/delete的区别

malloc/free和new/delete的共同点是都是从堆上申请空间并且需要用户手动释放。不同的地方是

1. malloc和free是函数new和delete是操作符

2. malloc申请的空间不会初始化new可以初始化

3. malloc申请空间时需要手动计算空间大小并传递new只需在其后跟上空间的类型即可 如果是多个对象[]中指定对象个数即可

4. malloc的返回值为void*, 在使用时必须强转new不需要因为new后跟的是空间的类型

5. malloc申请空间失败时返回的是NULL因此使用时必须判空new不需要但是new需要捕获异常

6. 申请自定义类型对象时malloc/free只会开辟空间不会调用构造函数与析构函数而new在申请空间后会调用构造函数完成对象的初始化delete在释放空间前会调用析构函数完成空间中资源的清理