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怎么理解C++内存处理

发表于：2025-01-19 作者：千家信息网编辑

千家信息网最后更新 2025年01月19日，这篇文章主要介绍"怎么理解C++内存处理"，在日常操作中，相信很多人在怎么理解C++内存处理问题上存在疑惑，小编查阅了各式资料，整理出简单好用的操作方法，希望对大家解答"怎么理解C++内存处理"的疑惑

千家信息网最后更新 2025年01月19日怎么理解C++内存处理

这篇文章主要介绍"怎么理解C++内存处理"，在日常操作中，相信很多人在怎么理解C++内存处理问题上存在疑惑，小编查阅了各式资料，整理出简单好用的操作方法，希望对大家解答"怎么理解C++内存处理"的疑惑有所帮助！接下来，请跟着小编一起来学习吧！

C/C++内存分布

在c和c++中,内存区大概分为这几个板块:栈区,内存映射段,堆区,数据段和代码段.

栈区: 存放非静态局部变量,函数参数,函数返回值等,其优先使用高地址,并逐渐往下.
内存映射段: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内存，做进程间通信.由于博主还未更新到操作系统,这里不做过多介绍.
堆区: 用于程序运行时进行动态内存分配(一般使用malloc),其优先使用低地址,逐渐往上.
数据段:存储全局数据和静态变量.
代码段:可执行的代码/只读常量.

理论千遍,不如用例子一现,大家往下看:

在上图中,大家可以清晰的看到各种类型数据的存储区域,一目了然.

c语言中动态内存管理方式

我们在学习c语言时候,想要向堆区申请一块空间,只能通过malloc()函数,而且操作比较麻烦,需要计算申请空间的大小并且进行强制转换.

int* p1 = (int*) malloc(sizeof(int));free(p1);int* p2 = (int*)calloc(4, sizeof (int));int* p3 = (int*)realloc(p2, sizeof(int)*10);free(p3 );

我们可以清晰的看到,在c语言中申请一块堆区内存空间,操作有点繁琐,那么在C++语言中,是怎么申请一块堆区内存呢?

C++内存管理方式

在c++中,c语言的内存管理方式依然可以使用,但是有些地方仍然使用c中的方法进行申请就比较麻烦,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.

那么什么时候使用c内存管理方式就会比较麻烦呢?比如下面:

class Stack{public:        Stack(int* p,int n)    {        val = p;        top = capacity = n;    }private:    int* val;    int top;    int capacity;};int main(){    Stack* stack = (Stack*)malloc(sizeof(Stack));    //然后现在我们想要进行初始化,发现好像不能操作了(因为私有成员外部无法访问),这就会比较麻烦,因此提出了new和delete的操作    return 0;}

new和delete操作基础类型

①开辟单个元素基本语法: type* name = new type(content);
①释放空间语法: delete name;

其中type是开辟的元素类型,name是变量名,content是想要赋的值,例如:

int* a = new int(10);         //开辟一个整型空间,并且初始化为10;char* s = new char('s');      //开辟一个字符空间,并且初始化为's';delete a;delete s;                     //释放a和s

②开辟数组基本语法: type* name = new type[n]
②删除数组基本语法:delete[] name;

其中type是开辟的元素类型,name是数组名,n是空间数量,例如:

int* num = new int[10];         //开辟10个int类型的空间char* str = new char[10];        //开辟10个char类型的空间delete[] num;delete[] str;    //释放num和str;

注意点:在c语言中malloc,realloc,calloc等是函数,在c++中,new和delete是操作符.

new和delete操作自定义类型

使用语法和上面的自定义类型几乎一样,只是初始化位置有点差别,语法:type* name = new type(s1,s2,s3...);

其中type是自定义的类型,s1,s2,s3等是自定义类型中构造函数的对应参数.例子:

class Test{public:    Test(int a,int b,int c)    {        _a = a;        _b = b;        _c = c;    }private:    int _a;    int _b;    int _c;};int main(){    Test* t = new Test(1,2,3);  //根据构造函数参数列表写对应参数.    delete t;}

基于malloc开辟并初始化的自定义类型

有人可能会有点好奇,说,我就是要用malloc开辟自定义类型,但是我还想初始化,这么进行操作?答案是,可以的,需要搭配new

语法 new(type*) type(s1,s2,s3...)

什么意思呢?我们仍然按照上面的Test类举例:

Test* t = (Test*) malloc(sizeof(Test));new(t)Test(1,2,3);    //这样就可以初始化了.

new和delete底层实现原理

在讲解他们的底层实现原理之前我们先介绍一下两个全局函数,分别是operator new 和operator delete.

operator new和operator delete

大家看到上面的形式可能会误认为是对new和delete进行了重载,实际并不是,只是这两个函数就叫做这名字而已.

我们在学习C语言时候,还记得是当开辟空间时候需要进行检查是否成功吗?而operator new其实和malloc一模一样,只是它对空间开辟失败后做出的反应是抛出异常,而c语言中,我们是手动判断,然后停止.下面是operator new的代码:

void* __CRTDECL operator new(size_t size) _THROW1(_STD bad_alloc){        // try to allocate size bytes        void* p;        while ((p = malloc(size)) == 0)              //如果开辟成功就不会进入循环,并且可以清晰                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);}

同理,operator delete不过也就是free,下面是它的代码:

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;}

总结:operator new其实就是对malloc的封装,operator delete 就是堆free的封装.

new的底层实现

new的实现其实是进一步对malloc的封装,因为new的操作可以分为下面两件事:

调用operator new进行开辟空间.
如果开辟的空间是自定义类型,new再调用其构造函数.

所以说,new的内部其实就是有构造函数和operator new封装而成.

delete的底层实现

同样的道理,delete不过就是对free的进一步封装,因为delete的操作可以分为下面两件事:

如果new开辟的空间是自定义类型,则首先调用其析构函数释放其内部资源.
然后再调用operator delete,进行释放new所开辟出来的空间.

注意了,这里可能有人不明白自定义类型先释放内部,然后销毁外部空间啥意思,博主这里画图介绍,不过大家先看一下下面的一个类:

class Stack{public:        Stack()                :num(new int[10]),                top(0),capacity(10)        {}        ~Stack()        {                delete[] num;                top = capacity = 0;        }private:        int* num;        int top;        int capacity;};int main(){    Stack stack;    delete stack;    return 0;}

如果我们定义一个该对象,那么其空间分布如下:

如果delete不先调用析构函数,那么释放了stack对象后,在堆区里面的num将会继续存在,导致内存泄露.