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C++|C&C++内存管理

内存管理c++


C&C++内存管理

  • 一、C/C++内存分布
  • 二、C语言中动态内存管理方式
  • 三、C++内存管理方式
    • new/delete操作内置类型
    • new和delete操作自定义类型
  • 四、operator new与operator delete函数
    • operator new与operator delete函数
  • 五、new和delete的实现原理
    • 内置类型
    • 自定义类型
  • 六、常见面试题
  • 七、内存泄漏
    • 堆内存泄漏(Heap leak)
    • 系统资源泄漏
    • 如何检测内存泄漏
    • 如何避免内存泄漏
    • 如何一次在堆上申请4G的内存？

一、C/C++内存分布 我们先来看下面的一段代码和相关问题：
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"; 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 D.代码段
    globalVar在哪里？C staticGlobalVar在哪里？C
    staticVar在哪里？C localVar在哪里？A
    num1 在哪里？A
    char2在哪里？A *char2在哪里？A_
    pChar3在哪里？A *pChar3在哪里？D
    ptr1在哪里？A *ptr1在哪里？B
  2. 填空题：
    sizeof(num1) = 40;
    sizeof(char2) = 5; strlen(char2) = 4;
    sizeof(pChar3) = 4__; strlen(pChar3) = 4;
    sizeof(ptr1) = 4__;
C++|C&C++内存管理
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【说明】
  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。
二、C语言中动态内存管理方式 【面试题】
#malloc/calloc/realloc的区别？
  1. malloc在内存的动态存储区中分配一块长度为size字节的连续区域，返回该区域的地址。
  2. calloc与malloc类似，参数size为申请地址的单元元素长度，nmemb是参数个数。
  3. realloc是给一个已经分配了的地址的指针重新分配空间，参数p为原有空间的地址，newsize是重新申请的地址空间。
区别：
  1. malloc不能初始化所分配的内存空间，需要用memset初始化。如果这块空间被初始化过，则可能遗留各种各样的数据。
  2. calloc会将所分配的空间中的每一位都初始化为0。
  3. realloc可以对给定的指针所指向的空间进行扩大或缩小，原有的内存中内容将保持不变。realloc并不保存新的内存空间和原来的内存空间保持同一内存地址，返回的指针可能指向新的地址。
三、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。
new/delete操作内置类型
void Test() { // 动态申请一个int类型的空间 int* ptr4 = new int; // 动态申请一个int类型的空间并初始化为10 int* ptr5 = new int(10); // 动态申请10个int类型的空间 int* ptr6 = new int[3]; delete ptr4; delete ptr5; delete[] ptr6; }

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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[]。
new和delete操作自定义类型
class Test { public: Test() : _data(0) { cout<<"Test():"<

注意：在申请自定义类型的空间时，new会调用构造函数，delete会调用析构函数，而malloc与free不会。
四、operator new与operator delete函数 operator new与operator delete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。
/* operator new：该函数实际通过malloc来申请空间，当malloc申请空间成功时直接返回；申请空间失败， 尝试执行空 间不足应对措施，如果改应对措施用户设置了，则继续申请，否则抛异常。 */ 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: 该函数最终是通过free来释放空间的 */ void operator delete(void *pUserData) { _CrtMemBlockHeader * pHead; RTCCALLBACK(_RTC_Free_hook, (pUserData, 0)); if (pUserData =https://www.it610.com/article/= 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的实现 */ #define free(p) _free_dbg(p, _NORMAL_BLOCK)

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。
五、new和delete的实现原理 内置类型 如果申请的是内置类型的空间，new和malloc，delete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。
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
  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
六、常见面试题 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
  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
七、内存泄漏 堆内存泄漏(Heap leak) 堆内存指的是程序执行中依据须要分配通过malloc / calloc / realloc / new等从堆中分配的一块内存，用完后必须通过调用相应的 free或者delete 删掉。假设程序的设计错误导致这部分内存没有被释放，那么以后这部分空间将无法再被使用，就会产生Heap Leak。
系统资源泄漏 指程序使用系统分配的资源，比方套接字、文件描述符、管道等没有使用对应的函数释放掉，导致系统资源的浪费，严重可导致系统效能减少，系统执行不稳定。
如何检测内存泄漏 在linux下内存泄漏检测：linux下几款内存泄漏检测工具
在windows下使用第三方工具：VLD工具说明
其他工具：内存泄漏工具比较
如何避免内存泄漏
  1. 工程前期良好的设计规范，养成良好的编码规范，申请的内存空间记着匹配的去释放。ps：这个理想状态。但是如果碰上异常时，就算注意释放了，还是可能会出问题。需要下一条智能指针来管理才有保证。
  2. 采用RAII思想或者智能指针来管理资源。
  3. 有些公司内部规范使用内部实现的私有内存管理库。这套库自带内存泄漏检测的功能选项。
  4. 出问题了使用内存泄漏工具检测。ps：不过很多工具都不够靠谱，或者收费昂贵。
总结一下:
内存泄漏非常常见，解决方案分为两种：
  1. 事前预防型。如智能指针等。
  2. 事后查错型。如泄漏检测工具。
如何一次在堆上申请4G的内存？
// 将程序编译成x64的进程，运行下面的程序试试？ #include using namespace std; int main() { void* p = new char[0xfffffffful]; cout << "new:" << p << endl; return 0; }

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