C++如何进行内存管理 (new、delete)

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了C++如何进行内存管理 (new、delete)。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方,请大家不吝赐教,您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。


绪论

我成功是因为我有决心,从不踌躇。——拿破仑 

本章是关于c++内存管理的文章,字数不多,内容简单,希望对你有所帮助!!

C++如何进行内存管理 (new、delete)

话不多说安全带系好,发车啦(建议电脑观看)


附:红色,部分为重点部分;蓝颜色为需要记忆的部分(不是死记硬背哈,多敲);黑色加粗或者其余颜色为次重点;黑色为描述需要


思维导图:

C++如何进行内存管理 (new、delete)

要XMind思维导图的话可以私信哈


目录

绪论

1.C/C++内存分布

2.c++中的内存管理方式(new 、 delete)

3.new 和 delete 的底层

4.malloc 、free 与 new 、delete 的区别:


1.C/C++内存分布

知识点:

C/C++中的程序内存分布的区域主要有:
内核空间,栈,堆,内存映射区,静态区(数据段),常量区(代码段)。

细节:

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. 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

如下图:

C++如何进行内存管理 (new、delete)

练习:

//分析下面数据在内存的哪一个区域
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);
//此处并不需要对ptr2进行释放,因为其指向的空间可能和ptr3一样,释放ptr3即可
free(ptr3);
}

分析如下图:
C++如何进行内存管理 (new、delete)


2.c++中的内存管理方式(new 、 delete)

知识点:

我们在C语言中已经学过如何开辟内存(malloc 、 calloc 、 realloc)、和释放内存(free)了,但是其实用起来并不太方便(在我们申请后还需要去判断是否申请成功)

所以在c++中进行了一定的改变创建了new,原理一样也是向堆上去申请空间,但是此时如果未申请成功的话,他会直接报错,而不是返回一个NULL(这主要是因为c++是面向对象的而C语言是面向过程的)

细节:

具体使用方法(语法):

  1. 类型 * ptr = new 类型;(申请类型大小的空间)

delete ptr; (释放)

类型 * ptr =  new 类型[n] (申请类型大小的n个空间)

delete[] ptr; (释放)

-----------------------------------------------------------------------

  1. 对申请的空间进行初始化

类型 * ptr = new 类型(n) (对申请的内存初始化为n)

类型 * ptr = new 类型[n]{a,b,c ...} (对申请的多个空间进行按顺序初始化为 a 、b 、c .... 不写则初始化为0)

c++与C语言的对比以及一些更加详细的细节如下代码的注释中(很重要一定要细看):

 #define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<stdlib.h>
int main()
{
	//c:
	int* ptr1 = (int*)malloc(sizeof(int));
	free(ptr1);

	//c++:
	int* ptr2 = new int;//此时和上面的申请的空间是一样的其大小也是一个整形的大小
	delete ptr2;//释放也是一样

	//c:
	int* ptr3 = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);
	free(ptr3);

	//c++:
	int* ptr4 = new int[10];//此时和上面的申请的空间是一样也是10个整形的大小
	delete[] ptr4;

	//c:
	//malloc不会进行初始化,我们只能另写一个程序进行初始化

	//c++:
	//c++就能直接在申请空间的同时进行初始化工作
	//具体如:
	int* ptr5 = new int(10);//注意这里时圆括号 , 和创建多个对象的方括号不一样
	delete ptr5;

	//对申请多个空间的也能进行初始化
	int* ptr6 = new int[10]{};//用中括号进行初始化,什么都不写时表示申请的空间初始化为0
	delete[] ptr6;

	int* ptr7 = new int[10]{1,2,3};//部分初始化,剩下没写的初始化为0
	delete[] ptr7;

 	A* ptr8 = new A[3];//此处假如A类型没有默认构造的话是不行的,反之则可以
	delete[] ptr8;

	A* ptr9 = new A[3]{1,2,3};//支持隐式类型转换拷贝构造后在构造
	delete[] ptr9;

	A* ptr10 = new A[3]{ A(1),A(2),A(3) };//此时就没有隐式类型转换了,直接进行构造
	delete[] ptr10;

	return 0;
}

练习:

创建节点ListCode:

class ListCode
{
public:
	ListCode(int val = 0)
		:val(val)
		,next(nullptr)
	{
	}
private:
	int val;
	struct ListCode* next;
};
int main()
{
	//在C语言数据结构中我们可能还需要去写一个ListCode()的创建节点的函数
	//但此时我们可以直接写成如下模样

	ListCode* n1 = new ListCode(1);//还进行了构造
	ListCode* n2 = new ListCode(2);

	return 0;
}

3.new 和 delete 的底层原理

知识点:

new 和 delete 他们的底层原理其实也是需要去调用了 malloc 和 free 不过因为面向对象的原因 ,他们一般来说都是直接抛异常 , 所以在使用malloc 和 free 之前他们需要先去调用一个全局函数 分别是 operator new 和 operator delete 

异常错误信息(此时申请不到空间了):C++如何进行内存管理 (new、delete)

细节:

  1. 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。而其实operator new 和 operator delete 他们都会去调用 malloc 和 free 并且 如果失败时 就会再自身里面识别并且报错错误信息
  2. 针对自定义类时 : new 和 delete 他们其实还会去调用 构造函数 和 析构函数 , 来进行对其中的数据的初始化和销毁
  3. new 调用的顺序为:operator new -> 构造函数 、 delete 调用顺序为 : 析构函数 -> operator delete  , 并且注意他们的顺序是不能改变的 , 因为 析构函数需要先把对象中申请的空间给释放了 , 然后才能把这个new借的空间释放掉(反过来先把new的空间释放的话就找不到对象已经对象中申请的空间了); 同理 对于new 来说得先为 对象 申请空间后(创建对象) 才能在对象的 空间上申请其他的空间 C++如何进行内存管理 (new、delete)
  4. 综上所述得出下图:C++如何进行内存管理 (new、delete)
  5. 对于 new int[ ] , delete[] ptr  他们会先调用 operator new[] 然后再调用n次operator new 和n次构造函数, delete 类似
  6. 附:捕获异常的方法
    	int* ptr = nullptr;
    	try
    	{
    		do
    		{
    			ptr = new int[1024 * 1024];
    			cout << ptr << endl;
    		} while (ptr);
    	}
    	catch (const exception& e )
    	{
    		cout << e.what() << endl;
    	}
    
    // try 
    //{}
    //catch(const exception& e)
    //{
    //    cout <<e.what()<<endl;
    //}

附:定位new

功能: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

用处:可以用于池化技术处,也就是操作系统会先创建一个内存池,里面已经提前申请了一定的空间,此时我们就能更方便的去申请空间,而不是需要了去申请,需要了去申请,这里申请到的空间自然就不会进行构造函数初始化,所以我们就能使用定位new的方式对已申请的空间进行初始化

具体使用方法:

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);
    return 0;
}

4.malloc 、free 与 new 、delete 的区别:

知识点:

  1. 首先new是基于c++面向对象的情况而创建的,所以在我们申请不到空间时是进行抛出异常,而malloc则是面向过程的,当申请不到空间时返回一个空指针
  2. 其次new要比malloc写起来更加的快捷,他不用再进行类型大小的计算,以及有着更加方便的初始方式
  3. 最后也是最重要的部分,new 和 delete 是针对自定义类型而创建的他们能很好的去进行初始化自定义类型,并且在申请、释放空间的过程还进行了构造和析构函数的调用
  4. 附:malloc和free是函数,new和delete是操作符、malloc的返回值为void*, 在使用时必须强转、malloc申请空间失败时,返回的是NULL,因此使用时必须判空
     

本章完。预知后事如何,暂听下回分解。

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