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系列专栏#xff1a;〖C/C小游戏〗〖Linux〗〖数据结构〗 〖C语言〗
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一、C/C内存分布
我们先来了解一下C/C内存分配的几个区域#xff0c;以下面的代码为例来看…
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系列专栏〖C/C小游戏〗〖Linux〗〖数据结构〗 〖C语言〗
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一、C/C内存分布
我们先来了解一下C/C内存分配的几个区域以下面的代码为例来看
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);
}
1.1 内存划分 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CstaticGlobalVar在哪里CstaticVar在哪里ClocalVar在哪里Anum1 在哪里A char2在哪里A
字符串在常量区char2会栈上开辟一个数组然后将常量区的字符串拷贝过到栈上所以char2是栈上的指针变量上题的num1是直接在栈上开辟的。
*char2在哪里A
char指向栈上开辟的数组的指针*char解引用表示栈上开辟空间的内容
pChar3在哪里A
const修饰的是代表常变量不代表就在常量区pChar3是栈上的一个指针变量指向了常量区的字符串
*pChar3在哪里D
pChar3指向了常量区的字符串解引用就是常量区的字符串
ptr1在哪里A
也是栈上的一块指针变量
*ptr1在哪里B
ptr1指向开辟在堆上的空间解引用表示堆空间的内容 内存区域划分 【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。(未学到linux仅作了解即可)
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。 2.1 sizeof 和 strlen 区别
在C/C中
sizeof这是一个运算符编译时确定用于计算变量或类型的大小以字节为单位包括数组、指针、结构体等。对于字符数组或字符串它返回整个数组包括结束符 \0的总字节数。
strlen这是一个库函数运行时确定用于计算以 \0 结尾的字符串的实际字符数不包括结束符 \0。因此对于包含字符串的字符数组strlen 返回的是字符串的有效字符数量。 总结 sizeof 计算内存容量。 strlen 计算字符串长度。 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);
}sizeof(num1) 40;sizeof(char2) 5;strlen(char2) 4;sizeof(pChar3) 4/8;strlen(pChar3) 4;sizeof(ptr1) 4/8;
二、C语言中动态内存管理方式malloc/calloc/realloc/free
#includestdio.h
#includemalloc.h
int main()
{int* p1 (int*)malloc(sizeof(int));free(p1);int* p2 (int*)calloc(4, sizeof(int));// 这里需要free(p2)吗//free(p2);int* p3 (int*)realloc(p2, sizeof(int) * 10);free(p3);
}
为什么不需要free(p2)? 因为p2申请了四个字节的空间此基础上如果free掉p2,那么p3申请空间的时候p2指向那块空间已经属于操作系统了这时候再操作就引发野指针异常 malloc/calloc/realloc的区别
malloc:
功能动态分配指定字节数的内存。特点不会初始化分配的内存内容随机。语法void* malloc(size_t size);示例int *p (int*)malloc(sizeof(int)*n); 分配n个整数大小的连续内存空间。
calloc:
功能动态分配指定数量、特定类型的内存空间并初始化为0。特点不仅分配内存还会清零初始化。语法void* calloc(size_t num, size_t size);示例int *p (int*)calloc(n, sizeof(int)); 分配并初始化n个int大小的连续内存空间为0。
realloc:
功能调整已分配内存块的大小可以扩大或缩小。特点如果扩大内存新增空间内容不确定如果缩小内存多余部分会被释放缩小后的内存区域保持不变。语法void* realloc(void* ptr, size_t new_size);示例int *new_p (int*)realloc(p, sizeof(int)*m); 尝试更改指针p指向的内存区域大小为m个整数所需空间返回新的内存地址有可能与原地址相同也可能不同。 总的来说 malloc 用于单纯分配未初始化的内存。 calloc 用于分配并初始化为零的内存。 realloc 用于调整已分配内存区域的大小提供了一种灵活的内存管理手段。 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。
3.1 new/delete操作内置类型 malloc和new对于内置类型都只会申请空间但不会初始化 ,因为 new没有调构造函数 同样对于delete和free来说对于内置类型都只会释放对象的空间 delete不会调用析构函数
int main()
{// 管理对象// 动态开辟一个int类型的空间int* p1 new int;// 动态开辟一个int类型的空间并初始化为1int* p2 new int(1);//管理对象数组// 动态开辟一个int类型的数组int* p3 new int[10];// 动态开辟一个int类型的数组并初始化int* p4 new int[10]{};// 不写初始化值默认初始化为 0// 动态开辟一个int类型的数组并初始化int* p5 new int[10]{ 1,2,3 };// 前三个分别初始化为1 2 3后面默认初始化为 0//释放开辟的内存delete p1;delete p2;delete[] p3;// 对应释放数组加[]delete[] p4;delete[] p5;return 0;
} 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[].
3.2 new和delete操作自定义类型
new/delete 和 malloc/free 最大区别是
new/delete 对于【自定义类型】除了 开空间 /释放空间 还会调用 构造函数和析构函数
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)); // Cint* 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;
}小结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、new和delete的实现原理
new和delete是用户进行动态内存申请和释放的操作符new先开辟空间再调用构造函数delete先调用析构函数再释放空间。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。
4.1 operator new与operator delete函数
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 bytesvoid *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 new对malloc 的封装失败抛异常实现new 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_FINALLYreturn;
}free本质是一个宏也是调用_free_dbg这个函数举例如下
#define free(p) _free_dbg(p, _NORMAL_BLOCK)总结 operator new是对malloc进行封装operator delete是对free进行封装类似对比引用的底层原理也是指针实现的。 4.2 new和delete原理总结
3.2.1 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new在申请空间失败时会抛异常malloc会返回NULL。
3.2.2 自定义类型
new的原理
调用operator new函数申请空间在申请的空间上执行构造函数完成对象的构造
delete的原理
在空间上执行析构函数完成对象中资源的清理工作调用operator delete函数释放对象的空间
new T[N]的原理
调用operator new[]函数在operator new[]中实际调用operator new函数完成N 个对象空间的申请在申请的空间上执行N次构造函数
delete[]的原理
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调用operator delete[]释放空间实际在operator delete[]中调用operator delete来释放空间 四、定位new表达式(placement-new)
定位new表达式是在已分配的原始内存空间中调用构造函数初始化一个对象。使用格式
new (place_address) type或者new (place_address) type(initializer-list)place_address必须是一个指针initializer-list是类型的初始化列表
// 定位new/replacement new
int main()
{// p1现在指向的只不过是与A对象相同大小的一段空间还不能算是一个对象因为构造函数没有执行A* p1 (A*)malloc(sizeof(A));new(p1)A; // 注意如果A类的构造函数有参数时此处需要传参p1-~A();free(p1);A* p2 (A*)operator new(sizeof(A));new(p2)A(10);p2-~A();operator delete(p2);return 0;
}定位new是使用在一种特殊场景——内存池。
因为内存池分配出的内存没有初始化所以如果是自定义类型的对象需要使用new的定义表达式进行显式调构造函数进行初始化。 五、malloc/free和new/delete的区别
共同点
都是从堆上申请空间并且需要用户手动释放。
不同点
malloc和free是函数new和delete是操作符malloc申请的空间不会初始化new可以初始化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。
