C/C++之内存管理

用户11289931

发布于 2024-09-24 16:40:55

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发布于 2024-09-24 16:40:55

文章被收录于专栏：学习

前言

历经一周多，终于迎来了更新~~今天我要为大家带来的是C/C++中常见的问题----内存管理。

C/C++内存分布

在前期C语言的学习中，相信大家或多或少对于内存有一定的理解（栈区，堆区等）。众所周知，C++语言是兼容C语言的，故两者有着许多相似之处----我们通过一张图来理解：

程序中需要存储一些数据（一一对应上图）: 局部数据（栈）静态数据和全局数据（静态区/数据段）常量数据（常量区/代码段）动态申请数据（堆区）

*特别的，堆是向上生长的，栈是向下建立的。

【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. 堆用于程序运行时动态内存分配，堆是可以上增长的。 3. 数据段--存储全局数据和静态数据。 4. 代码段--可执行的代码/只读常量。

有了上面的知识铺垫，我们来看一道题：

#include<iostream>

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);
}

Globa1Var ：C staticGlobalVar: C staticVar:C 1oca1Var:A num1 : A
char2:A pchar3 :A ptr1 :_A *char2:D *pchar3:A *ptr1: B

我们通过图片来直观理解：

C语言中内存管理方式

C语言中动态内存管理方式：malloc/calloc/realloc/free

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);
}

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[10];
 
 delete ptr4;
 delete ptr5;
 delete[] ptr6;
}

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。

new/delete操作自定义类型

此处直接借助代码来理解：

class A
{
public:
	A(int a = 0)
		: _a(a)
	{
		cout << "A():" << this << endl;
	}

	~A()
	{
		cout << "~A():" << this << endl;
	}

private:
	int _a;
};

int main()
{
	// 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
		A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));
	A* p2 = new A(1);
	free(p1);
	delete p2;

	// 内置类型是几乎是一样的
	int* p3 = (int*)malloc(sizeof(int)); // C
	int* p4 = new int;
	free(p3);
	delete p4;

	A* p5 = (A*)malloc(sizeof(A) * 10);
	A* p6 = new A[10];
	free(p5);
	delete[] p6;

	return 0;
}

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。

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