【C++】C/C++内存管理-EW帮帮网

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文章目录

前言
一、pandas是什么？
二、使用步骤
- 1.引入库
- 2.读入数据
总结

前言

在C语言中我们学习过动态内存管理，在这里我们将了解C++中内存是如何管理的。

一、C/C++内存分布

我们来看看下面这个代码，并思考这些变量存放在下面4个区域中哪个区域：

A. 栈 B. 堆 C. 数据段（静态区） D. 代码段（常量区）

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);
}

说明：

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。
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。（感兴趣可以去了解一下）
堆用于程序运行时动态分配内存，堆是向上增长的。
数据段---存储全局数据和静态数据
代码段---可执行的代码/只读常量

二、C语言中动态内存管理方式

我们通过下面这个代码简单复习一下C语言中的动态内存管理：

void Test()
{
	int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int));
	free(p1);
	// 1.malloc/calloc/realloc的区别是什么？
	int* p2 = (int*)calloc(4, sizeof(int));
	int* p3 = (int*)realloc(p2, sizeof(int) * 10);
	// 这里需要free(p2)吗？
	free(p3);
}

大家有不了解的可以点击这个链接去看看C语言的动态内存管理： C语言动态内存管理

三、C++中动态内存管理

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，而且使用起来比较复杂，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

void Test()
{
	// 动态申请一个int类型的空间
	int* ptr4 = new int;

	// 动态申请一个int类型的空间并初始化为10
	int* ptr5 = new int(10);

	// 动态申请10个int类型的空间
	int* ptr6 = new int[3];
	delete ptr4;
	delete ptr5;
	delete[] ptr6;
}

说明：

new使用方式：new 类型名字
在类型后面加了()表示初始化，用括号里的数据进行初始化
在类型后面加了[]表示要创建几个该类型的对象，以数组形式创建，[]中的数字表示创建的个数；可以在后面加上{}，跟数组的初始化一样
delete 对象名 -------- 用于销毁对象指向的空间（不能销毁使用[]创建的对象）
delete[] 对象名 ------- 也是销毁对象的空间，但用来销毁使用[]创建的

3.2 new和delete操作自定义类型

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)); // C
	int* p4 = new int; // C++
	free(p3);
	delete p4;
	A* p5 = (A*)malloc(sizeof(A) * 10);
	A* p6 = new A[10];
	free(p5);
	delete[] p6;
	return 0;
}

注意：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、operator new 和 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。

/*
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 bytes
	void* 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 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_FINALLY
		return;
}
/*
free的实现
*/
#define   free(p)               _free_dbg(p, _NORMAL_BLOCK)

通过上述两个全局函数的实现知道，operator new 实际也是通过malloc来申请空间，如果malloc申请空间成功就直接返回，否则执行用户提供的空间不足应对措施，如果用户提供该措施就继续申请，否则就抛异常。operator delete 最终是通过free来释放空间的。

五、new 和 delete 的实现原理

5.1 内置类型

如果申请的是内置类型的空间，new和malloc，delete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，而且new在申请空间失败时会抛异常，malloc会返回NULL。

5.2 自定义类型

new的原理：1. 调用operator new函数申请空间。 2. 在申请的空间上执行构造函数，完成对象的构造。
delete的原理：1. 在空间上执行析构函数，完成对象中资源的清理工作。 2. 调用operator delete函数释放对象的空间。
new[] 的原理：1. 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。 2. 在申请的空间上执行N次构造函数。
delete[] 的原理：1. 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工作。 2. 调用operator delete[]函数，在operator delete[]中实际调用operator delete函数来释放空间。

六、malloc/free和new/delete的区别

malloc/free是函数，而new/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只需要在其后面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申请失败时返回的是NULL，因此使用时必须判空，new不需要，但new需要捕获异常。
申请自定义类型时，malloc/free只会开辟和释放空间，不会调用构造函数和析构函数，而new在申请空间后会调用构造函数完成对象的初始化，delete在释放前会调用析构函数完成对象空间资源的清理。

总结

这篇文章详细讲解了new和delete，了解了如何使用他们，重点学习了他们与我们在C中的内存管理函数的区别，希望对大家有所帮助。

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