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C++动态内存管理

函数指针 2024-06-17 10:29:49
简介C++动态内存管理

1.c的动态内存管理

c语言的动态内存管理使用的函数为malloc/calloc/realloc/free

1.1 malloc/calloc/realloc

void Test ()
{
    int* p1 = (int*) malloc(sizeof(int));
    free(p1);
    // 1.malloc/calloc/realloc的区别是什么?
    int* p2 = (int*)calloc(4, sizeof (int));
    int* p3 = (int*)realloc(p2, sizeof(int)*10);
    // 这里需要free(p2)吗?
    free(p3 );
}

malloc 和 calloc 都是动态内存申请函数,不同点是:

  • malloc 和calloc 的参数不同,前者是申请的字节大小,后者为一个类型的大小和个数,
  • malloc 不初始化,calloc 初始化
  • malloc 为内存分配一块,calloc 分配n快

realloc是用来扩容的函数,就是你malloc或calloc空间不够的时候,使用realloc来增加空间的。

注意:realloc扩容方式有两种,第一种就是malloc之后,后边的内存依然足够扩容,那么realloc就在之前空间的后面扩容,如果不够,则再找一块内存空间,将之前的数据拷贝到realloc里面,再扩容。

2.C++动态内存管理

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。

2.1 new/delete操作内置类型

int main()
{
	//text1();
	int* a1 = new int;//不初始化
	cout << *a1 << endl;
	delete a1;
	int* a2 = new int(1);//初始化为1
	cout << *a2 << endl;
	delete a2;

	int* a3 = new int[3]{1,2,3};//多次开辟,初始化
	int i = 0;
	for (i=0;i<3;i++)
	{
		cout << a3[i] << endl;
	}

	delete[] a3;

	return 0;
}

注意:开辟一个元素,delete不用加[],开辟多个元素,delete一定要加[],不然会导致出现bug。

2.2 new/delete操作自定义类型

class sss
{
public:
	sss(int a=0,int b=0)
		:_a(a)
		,_b(b)
	{
		;
	}
	~sss()
	{
		_a = 0;
		_b = 0;
	}

private:
	int _a;
	int _b;
};
int main()
{
	//使用new
	sss* s1 = new sss[2]{ {1,1},{2,2} };
	delete[] s1;
	//使用malloc
	sss* s2 = (sss*)malloc(sizeof(sss)*2);
	free(s2);
	return 0;
}

注意: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。且malloc不能初始化,new可以初始化,这是两者最大的区别。

2.3 new底层原理

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。

底层代码:

/*
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 == 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。


2.4  new 和 delete实现原理

  • 内置类型和malloc基本一样,不会有太大差别。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。
     
  • 自定义类型会调用构造函数和析构函数,malloc不会调用。

3.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。
 

风语者!平时喜欢研究各种技术,目前在从事后端开发工作,热爱生活、热爱工作。