如何理解C++的內(nèi)存管理

今天就跟大家聊聊有關(guān)如何理解C++的內(nèi)存管理，可能很多人都不太了解，為了讓大家更加了解，小編給大家總結(jié)了以下內(nèi)容，希望大家根據(jù)這篇文章可以有所收獲。

一、C/C++內(nèi)存分布

• 棧又叫堆棧，非靜態(tài)局部變量/函數(shù)參數(shù)/返回值等等，棧是向下增長(zhǎng)的。

• 內(nèi)存映射段是高效的I/O映射方式，用于裝載一個(gè)共享的動(dòng)態(tài)內(nèi)存庫。用戶可使用系統(tǒng)接口創(chuàng)建共享共享內(nèi)存，做進(jìn)程間通信。

• 堆用于程序運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配，堆是可以向上增長(zhǎng)的。

• 數(shù)據(jù)段–存儲(chǔ)全局?jǐn)?shù)據(jù)和靜態(tài)數(shù)據(jù)。

• 代碼段–可執(zhí)行的代碼/只讀常量。
  

二、C語言中動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理方式：

1、malloc/calloc/realloc區(qū)別：

共同點(diǎn):

• 都是C語言中用來進(jìn)行動(dòng)態(tài)內(nèi)存申請(qǐng)的庫函數(shù)，申請(qǐng)的空間都在堆上，用完之后必須使用free來進(jìn)行釋放
  

• 返回值類型都是void*在接受返回的地址時(shí)必須要進(jìn)行強(qiáng)轉(zhuǎn)
  

• 如果申請(qǐng)空間成功:返回的是空間的首地址，如果失敗返回的是NULL

不同點(diǎn):

• malloc：返回值類型void*

在接受返回的空間地址時(shí)必須要進(jìn)行強(qiáng)轉(zhuǎn)

成功:空間首地址 失敗:NULL

參數(shù):申請(qǐng)的空間所占總的字節(jié)數(shù)

申請(qǐng)的空間在堆上，使用完成后必須要使用free來進(jìn)行釋放

• calloc：返回值一致
  

參數(shù)列表:參數(shù)一表示元素的個(gè)數(shù)；參數(shù)二表示單個(gè)類型的字節(jié)數(shù)

功能:與malloc基本相同，但是calloc會(huì)對(duì)其申請(qǐng)的空間進(jìn)行初始化

• realloc(void* p, size_t size):將p所指向空間的大小調(diào)整到size字節(jié)
  

p指向的是NULL:該函數(shù)的類似malloc

假設(shè):p所指向的空間總共占o(jì)ld個(gè)字節(jié)

size <= old:將p所指向的空間縮小到size個(gè)字節(jié)---->直接返回值p所指向空間的首地址

size > old:將p所指向的空間擴(kuò)增到size個(gè)字節(jié)

大一點(diǎn):返回原空間的首地址

大的多的多:申請(qǐng)新空間；將舊空間中元素拷貝到新空間；釋放舊空間；返回新空間的首地址

三、C++中動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理：new/delete

C++為什么要搞一套動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理？

首先：C語言中的動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理方式在C++中仍然可以使用

原因：

1、C語言中的方式比較麻煩—需要用戶手動(dòng)算字節(jié)數(shù)，需要對(duì)返回結(jié)果強(qiáng)轉(zhuǎn)，需要判空，需要包含頭文件

2、malloc、free:不會(huì)調(diào)用構(gòu)造函數(shù)/析構(gòu)函數(shù)；new、delete：在進(jìn)行空間申請(qǐng)和釋放時(shí)是會(huì)調(diào)用構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)的

// C++中動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理方式：new/delete----申請(qǐng)單個(gè)類型的空間
// new[]/delete[]-----申請(qǐng)釋放一段連續(xù)的空間
//注意：1、new/delete不是函數(shù)，是C++中的關(guān)鍵字||操作符
//		2、new的空間必須要有delete釋放  new[]必須使用delete[]釋放
class Test
{
public:
	Test()
		:_t(10)
	{
		cout << "Test():" << this << endl;
	}
	~Test()
	{
		cout << "~Test():" << this << endl;
	}
	int _t;
};
//new/delete和new[]/delete[]使用說明
void Test1()
{
	int* p1 = new int;
	int* p2 = new int(100);
	int* p3 = new int[10];
	int* p4 = new int[10]{ 1,2,3,4,5,6,7,8,9,0 };
	delete p1;
	delete p2;
	delete[] p3;
	delete[] p4;
}
void Test2()
{
	//malloc并不是創(chuàng)建了一個(gè)Test類型的對(duì)象，只是在堆上申請(qǐng)了一塊與Test類型大小相同的一塊空間
	//因?yàn)椋簃alloc不調(diào)用構(gòu)造函數(shù)
	Test* p1 = (Test*)malloc(sizeof(Test));//malloc不會(huì)調(diào)用構(gòu)造函數(shù)
	if (nullptr == p1)
		return;
	//真正創(chuàng)建了一個(gè)對(duì)象，該對(duì)象的空間在堆上
	Test* p2 = new Test;//new在申請(qǐng)空間期間會(huì)調(diào)用構(gòu)造函數(shù)
	free(p1);//:在釋放空間期間，不會(huì)調(diào)用析構(gòu)函數(shù)
	delete p2;//:在釋放空間期間，會(huì)調(diào)用對(duì)象的析構(gòu)函數(shù)
}
/*
在C++中，如果想要在堆上申請(qǐng)空間：
1、采用C語言中的malloc、calloc、realloc，但是并不能申請(qǐng)對(duì)象的空間
2、采用new/new[]---可以調(diào)用構(gòu)造函數(shù)，注意：如果使用new[]申請(qǐng)連續(xù)的空間是，該類必須提供無參或全缺省的構(gòu)造函數(shù)
3、malloc/free,new/delete,new[]/delete[]必須成對(duì)使用，否則會(huì)內(nèi)存泄漏或者代碼崩潰
*/

注意：申請(qǐng)和釋放單個(gè)元素的空間，使用new和delete操作符，申請(qǐng)和釋放連續(xù)的空間，使用new[]和delete[]

四、實(shí)現(xiàn)原理

new的原理

1、調(diào)用operator new函數(shù)申請(qǐng)空間

2、在申請(qǐng)的空間上執(zhí)行構(gòu)造函數(shù)，完成對(duì)象的構(gòu)造

delete的原理

1、在空間上執(zhí)行析構(gòu)函數(shù)，完成對(duì)象中資源的清理工作

2、 調(diào)用operator delete函數(shù)釋放對(duì)象的空間

new T[N]的原理

1、調(diào)用operator new[]函數(shù)，在operator new[]中實(shí)際調(diào)用operator new函數(shù)完成N個(gè)對(duì)象空間的申
請(qǐng)

2、在申請(qǐng)的空間上執(zhí)行N次構(gòu)造函數(shù)

delete[]的原理

1、 在釋放的對(duì)象空間上執(zhí)行N次析構(gòu)函數(shù)，完成N個(gè)對(duì)象中資源的清理

2、調(diào)用operator delete[]釋放空間，實(shí)際在operator delete[]中調(diào)用operator delete來釋放空間

五、面試常問問題

1、malloc/free和new/delete的區(qū)別

共同點(diǎn)是：

都是從堆上申請(qǐng)空間，并且需要用戶手動(dòng)釋放。

不同的地方是：

• malloc和free是函數(shù)，new和delete是操作符

• malloc申請(qǐng)的空間不會(huì)初始化，new可以初始化

• malloc申請(qǐng)空間時(shí)，需要手動(dòng)計(jì)算空間大小并傳遞，new只需在其后跟上空間的類型即可

• malloc的返回值為void*, 在使用時(shí)必須強(qiáng)轉(zhuǎn)，new不需要，因?yàn)閚ew后跟的是空間的類型

• malloc申請(qǐng)空間失敗時(shí)，返回的是NULL，因此使用時(shí)必須判空，new不需要，但是new需要捕獲異常

• 申請(qǐng)自定義類型對(duì)象時(shí)，malloc/free只會(huì)開辟空間，不會(huì)調(diào)用構(gòu)造函數(shù)與析構(gòu)函數(shù)，而new在申請(qǐng)空間后會(huì)調(diào)用構(gòu)造函數(shù)完成對(duì)象的初始化，delete在釋放空間前會(huì)調(diào)用析構(gòu)函數(shù)完成空間中資源的清理

2、內(nèi)存泄漏

什么是內(nèi)存泄漏：內(nèi)存泄漏指因?yàn)槭韬龌蝈e(cuò)誤造成程序未能釋放已經(jīng)不再使用的內(nèi)存的情況。內(nèi)存泄漏并不是指內(nèi)存在物理上的消失，而是應(yīng)用程序分配某段內(nèi)存后，因?yàn)樵O(shè)計(jì)錯(cuò)誤，失去了對(duì)該段內(nèi)存的控制，因而造成了內(nèi)存的浪費(fèi)。

內(nèi)存泄漏的危害：長(zhǎng)期運(yùn)行的程序出現(xiàn)內(nèi)存泄漏，影響很大，如操作系統(tǒng)、后臺(tái)服務(wù)等等，出現(xiàn)內(nèi)存泄漏會(huì)導(dǎo)致響應(yīng)越來越慢，最終卡死

內(nèi)存泄漏分類（了解）

C/C++程序中一般我們關(guān)心兩種方面的內(nèi)存泄漏：

1、堆內(nèi)存泄漏(Heap leak)

堆內(nèi)存指的是程序執(zhí)行中依據(jù)須要分配通過malloc / calloc / realloc / new等從堆中分配的一塊內(nèi)存，用完后必須通過調(diào)用相應(yīng)的 free或者delete 刪掉。假設(shè)程序的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤導(dǎo)致這部分內(nèi)存沒有被釋放，那么以后這部分空間將無法再被使用，就會(huì)產(chǎn)生Heap Leak。

2、系統(tǒng)資源泄漏

指程序使用系統(tǒng)分配的資源，比方套接字、文件描述符、管道等沒有使用對(duì)應(yīng)的函數(shù)釋放掉，導(dǎo)致系統(tǒng)資源的浪費(fèi)，嚴(yán)重可導(dǎo)致系統(tǒng)效能減少，系統(tǒng)執(zhí)行不穩(wěn)定。

如何避免內(nèi)存泄漏

1、工程前期良好的設(shè)計(jì)規(guī)范，養(yǎng)成良好的編碼規(guī)范，申請(qǐng)的內(nèi)存空間記著匹配的去釋放。ps：這個(gè)理想狀態(tài)。但是如果碰上異常時(shí)，就算注意釋放了，還是可能會(huì)出問題。需要下一條智能指針來管理才有保證。

2、 采用RAII思想或者智能指針來管理資源。

3、有些公司內(nèi)部規(guī)范使用內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的私有內(nèi)存管理庫。這套庫自帶內(nèi)存泄漏檢測(cè)的功能選項(xiàng)。

4、出問題了使用內(nèi)存泄漏工具檢測(cè)。ps：不過很多工具都不夠靠譜，或者收費(fèi)昂貴。

解決方案：

1、事前預(yù)防型。如智能指針等。

2、事后查錯(cuò)型。如泄漏檢測(cè)工具。

看完上述內(nèi)容，你們對(duì)如何理解C++的內(nèi)存管理有進(jìn)一步的了解嗎？如果還想了解更多知識(shí)或者相關(guān)內(nèi)容，請(qǐng)關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道，感謝大家的支持。