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怎么理解C++內(nèi)存處理

發(fā)布時間:2021-11-18 16:49:01 來源:億速云 閱讀:107 作者:iii 欄目:開發(fā)技術(shù)

這篇文章主要介紹“怎么理解C++內(nèi)存處理”,在日常操作中,相信很多人在怎么理解C++內(nèi)存處理問題上存在疑惑,小編查閱了各式資料,整理出簡單好用的操作方法,希望對大家解答”怎么理解C++內(nèi)存處理”的疑惑有所幫助!接下來,請跟著小編一起來學(xué)習(xí)吧!

    C/C++內(nèi)存分布

    在c和c++中,內(nèi)存區(qū)大概分為這幾個板塊:棧區(qū),內(nèi)存映射段,堆區(qū),數(shù)據(jù)段和代碼段.

    • 棧區(qū): 存放非靜態(tài)局部變量,函數(shù)參數(shù),函數(shù)返回值等,其優(yōu)先使用高地址,并逐漸往下.

    • 內(nèi)存映射段:高效的I/O映射方式,用于裝載一個共享的動態(tài)內(nèi)存庫。用戶可使用系統(tǒng)接口創(chuàng)建共享內(nèi)存,做進程間通信.由于博主還未更新到操作系統(tǒng),這里不做過多介紹.

    • 堆區(qū): 用于程序運行時進行動態(tài)內(nèi)存分配(一般使用malloc),其優(yōu)先使用低地址,逐漸往上.

    • 數(shù)據(jù)段:存儲全局數(shù)據(jù)和靜態(tài)變量.

    • 代碼段:可執(zhí)行的代碼/只讀常量.

    理論千遍,不如用例子一現(xiàn),大家往下看:

    怎么理解C++內(nèi)存處理

    在上圖中,大家可以清晰的看到各種類型數(shù)據(jù)的存儲區(qū)域,一目了然.

    c語言中動態(tài)內(nèi)存管理方式

    我們在學(xué)習(xí)c語言時候,想要向堆區(qū)申請一塊空間,只能通過malloc()函數(shù),而且操作比較麻煩,需要計算申請空間的大小并且進行強制轉(zhuǎn)換.

    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 );

    我們可以清晰的看到,在c語言中申請一塊堆區(qū)內(nèi)存空間,操作有點繁瑣,那么在C++語言中,是怎么申請一塊堆區(qū)內(nèi)存呢?

    C++內(nèi)存管理方式

    在c++中,c語言的內(nèi)存管理方式依然可以使用,但是有些地方仍然使用c中的方法進行申請就比較麻煩,因此C++又提出了自己的內(nèi)存管理方式:通過new和delete操作符進行動態(tài)內(nèi)存管理.

    那么什么時候使用c內(nèi)存管理方式就會比較麻煩呢?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));
        //然后現(xiàn)在我們想要進行初始化,發(fā)現(xiàn)好像不能操作了(因為私有成員外部無法訪問),這就會比較麻煩,因此提出了new和delete的操作
        return 0;
    }

    new和delete操作基礎(chǔ)類型

    ①開辟單個元素基本語法: type* name = new type(content);

    ①釋放空間語法: delete name;

    其中type是開辟的元素類型,name是變量名,content是想要賦的值,例如:

    int* a = new int(10);         //開辟一個整型空間,并且初始化為10;
    char* s = new char('s');      //開辟一個字符空間,并且初始化為's';
    delete a;
    delete s;                     //釋放a和s

    ②開辟數(shù)組基本語法: type* name = new type[n]

    ②刪除數(shù)組基本語法:delete[] name;

    其中type是開辟的元素類型,name是數(shù)組名,n是空間數(shù)量,例如:

    int* num = new int[10];         //開辟10個int類型的空間
    char* str = new char[10];        //開辟10個char類型的空間
    delete[] num;
    delete[] str;    //釋放num和str;

    注意點:在c語言中malloc,realloc,calloc等是函數(shù),在c++中,new和delete是操作符.

    new和delete操作自定義類型

    使用語法和上面的自定義類型幾乎一樣,只是初始化位置有點差別,語法:type* name = new type(s1,s2,s3...);

    其中type是自定義的類型,s1,s2,s3等是自定義類型中構(gòu)造函數(shù)的對應(yīng)參數(shù).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);  //根據(jù)構(gòu)造函數(shù)參數(shù)列表寫對應(yīng)參數(shù).
        delete t;
    }

    基于malloc開辟并初始化的自定義類型

    有人可能會有點好奇,說,我就是要用malloc開辟自定義類型,但是我還想初始化,這么進行操作?答案是,可以的,需要搭配new

    語法 new(type*) type(s1,s2,s3...)

    什么意思呢?我們?nèi)匀话凑丈厦娴腡est類舉例:

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

    new和delete底層實現(xiàn)原理

    在講解他們的底層實現(xiàn)原理之前我們先介紹一下兩個全局函數(shù),分別是operator newoperator delete.

    operator new和operator delete

    大家看到上面的形式可能會誤認為是對new和delete進行了重載,實際并不是,只是這兩個函數(shù)就叫做這名字而已.

    我們在學(xué)習(xí)C語言時候,還記得是當(dāng)開辟空間時候需要進行檢查是否成功嗎?而operator new其實和malloc一模一樣,只是它對空間開辟失敗后做出的反應(yīng)是拋出異常,而c語言中,我們是手動判斷,然后停止.下面是operator new的代碼:

    void* __CRTDECL operator new(size_t size) _THROW1(_STD bad_alloc)
    {
    	// try to allocate size bytes
    	void* p;
    	while ((p = malloc(size)) == 0)              //如果開辟成功就不會進入循環(huán),并且可以清晰
    		if (_callnewh(size) == 0)
    		{
    			// report no memory
    			// 如果申請內(nèi)存失敗了,這里會拋出bad_alloc 類型異常
    			static const std::bad_alloc nomem;
    			_RAISE(nomem);
    		}
    	return (p);
    }

    同理,operator delete不過也就是free,下面是它的代碼:

    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;
    }

    總結(jié):operator new其實就是對malloc的封裝,operator delete 就是堆free的封裝.

    new的底層實現(xiàn)

    new的實現(xiàn)其實是進一步對malloc的封裝,因為new的操作可以分為下面兩件事:

    • 調(diào)用operator new進行開辟空間.

    • 如果開辟的空間是自定義類型,new再調(diào)用其構(gòu)造函數(shù).

    所以說,new的內(nèi)部其實就是有構(gòu)造函數(shù)和operator new封裝而成.

    delete的底層實現(xiàn)

    同樣的道理,delete不過就是對free的進一步封裝,因為delete的操作可以分為下面兩件事:

    • 如果new開辟的空間是自定義類型,則首先調(diào)用其析構(gòu)函數(shù)釋放其內(nèi)部資源.

    • 然后再調(diào)用operator delete,進行釋放new所開辟出來的空間.

    注意了,這里可能有人不明白自定義類型先釋放內(nèi)部,然后銷毀外部空間啥意思,博主這里畫圖介紹,不過大家先看一下下面的一個類:

    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;
    }

    如果我們定義一個該對象,那么其空間分布如下:

    怎么理解C++內(nèi)存處理

    如果delete不先調(diào)用析構(gòu)函數(shù),那么釋放了stack對象后,在堆區(qū)里面的num將會繼續(xù)存在,導(dǎo)致內(nèi)存泄露.

    new[]的底層實現(xiàn)

    1.調(diào)用operator new[]函數(shù),在operator new[]中實際調(diào)用operator new函數(shù)完成N個對象空間的申請

    2.在申請的空間上執(zhí)行N次構(gòu)造函數(shù)

    delete[]的原理

    1.在釋放的對象空間上執(zhí)行N次析構(gòu)函數(shù),完成N個對象中資源的清理

    2.調(diào)用operator delete[]釋放空間,實際在operator delete[]中調(diào)用operator delete來釋放空間

    到此,關(guān)于“怎么理解C++內(nèi)存處理”的學(xué)習(xí)就結(jié)束了,希望能夠解決大家的疑惑。理論與實踐的搭配能更好的幫助大家學(xué)習(xí),快去試試吧!若想繼續(xù)學(xué)習(xí)更多相關(guān)知識,請繼續(xù)關(guān)注億速云網(wǎng)站,小編會繼續(xù)努力為大家?guī)砀鄬嵱玫奈恼拢?/p>

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