C++動態(tài)內(nèi)存管理詳情解說

第C++動態(tài)內(nèi)存管理詳情解說目錄寫在前面C/C++內(nèi)存分布C語言內(nèi)存管理方式C++內(nèi)存管理方式C++為何增加了new和deletenew一個對象new一個數(shù)組deletemallocnew內(nèi)置類型自定義類型operatornew與operatordelete函數(shù)原理為何出現(xiàn)這兩個函數(shù)deletedelete[]內(nèi)存池定位new

寫在前面

我們知道C++是支持C語言的,也就是說,C語言里面的malloc等函數(shù)都可以在C++中使用,但是C++有支持了另外兩個關(guān)鍵字,這是很有用的,我們需要看看C++的動態(tài)內(nèi)存.

C/C++內(nèi)存分布

我記得，在初識C語言那里就和大家分享了程序虛擬地址空間的概念，無論是C語言的nalloc函數(shù)，還是我們現(xiàn)在要分享的new，都是在堆區(qū)開辟空間，這一點是我們要首先記得的。

C語言內(nèi)存管理方式

C語言是通過函數(shù)來經(jīng)行動態(tài)的內(nèi)存開辟的，標準庫里面提供三個函數(shù)，這里我就不加贅述了，大家應該都是知道的。我么看看用法就可以了。

#includestdio.h

#includeassert.h

intmain()

//malloc開辟空間不初始化

int*p1=(int*)malloc(sizeof(int)*4);

assert(p1);

//calloc開辟空間初始化為0

int*p2=(int*)calloc(4,sizeof(int));

assert(p2);

//追加空間

p1=(int*)relloc(p1,sizeof(int)*8);

free(p1);

free(p2);

return0;

}

C++內(nèi)存管理方式

C++是支持C語言的,也是說C++是可以使用這些函數(shù)的,但是除了這些函數(shù)外,C++有增加了new和delete這個兩個關(guān)鍵字,分別對標的malloc/calloc和free,而且C++的方式比C的好用.

C++為何增加了new和delete

我們都知道,C語言的結(jié)構(gòu)體里面不支持函數(shù),所以大佬們提出了類的概念,出現(xiàn)了class,又害怕自己有時后可能忘記初始化和清除掉內(nèi)存,就出現(xiàn)了構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù),讓編譯器自動調(diào)用,可以說,所有的事物的出現(xiàn)都是為了我們更好的使用語言,new和delete也似乎如此,C語言的動態(tài)內(nèi)存開辟是有一定的麻煩的,而且對于自動類型很不友好,后面我們就會比較他們的優(yōu)劣.

我們還發(fā)現(xiàn)一個很直接問題,每一次開辟空間我們都要強制類型轉(zhuǎn)換,而且還需要判斷內(nèi)存是不是究竟開出來了,這也太麻煩了,new卻不會出現(xiàn)這種事,如果沒有開辟出,編譯器會拋異常,我們就不需要再自己手動檢測了.

new一個對象

這樣,我先和大家演示內(nèi)置類型,自定義類型那里我準備專門和malloc比較一下.

#includeiostream

usingnamespacestd;

intmain()

int*p1=newint;

*p1=10;

cout*p1endl;

return0;

}

我們也知道,再C++中,內(nèi)置類行也被作為類了,我們可以再new的時候?qū)λM行初始化.

intmain()

int*p=newint(0);

cout*pendl;

return0;

}

new一個數(shù)組

new一個數(shù)組更是簡單,我們直接寫出來就可以了.

intmain()

int*p=newint[10];//new一個10個int類行的空間

return0;

}

我們也可以在new空間的時候進行實例化,不過要顯示實例化

intmain()

int*p=newint[10]{1,2,3};

return0;

}

delete

大家可能發(fā)現(xiàn),我上面都沒有釋放空間,這會造成內(nèi)存泄漏,這里我們用另一個關(guān)鍵字delete,這里就比較簡單了.

大家可能疑惑delete[],這里我們記住就可以了,如果你要清除數(shù)組的空間,最好使用這種方式,或許對于內(nèi)置類行,使用delete也可以,但是對于自定義類行可能會報錯,這里我也放在后面談.

intmain()

int*p1=newint;

int*p2=newint[10]{1,2,3};

deletep1;

delete[]p2;

return0;

}

mallocnew

我們需要對比一下malloc和new它們之間的區(qū)別,這樣就可以知道C++為何這么喜歡new了.

內(nèi)置類型

我們先下一個結(jié)論,它們兩個對于內(nèi)置類行除了報錯之外是沒有任何區(qū)別的,都不會經(jīng)行初始化,這里我們現(xiàn)不談報錯的信息,異常和沒有和大家分享.

intmain()

int*p1=newint[10];

int*p2=(int*)malloc(sizeof(int)*10);

assert(p2);

delete[]p1;

free(p2);

return0;

}

自定義類型

對于自定義類型,它們的差別可大了去了.

我們先來準備一個類：

classA

public:

A(inta=0,intb=0)

:_a(a)

,_b(b)

cout"構(gòu)造函數(shù)"endl;

cout"析構(gòu)函數(shù)"endl;

private:

int_a;

int_b;

};

malloc是直接開辟空間,對于里面的構(gòu)造函數(shù)是不會調(diào)用的,free的時候也不會調(diào)用析構(gòu)函數(shù)

intmain()

A*aa=(A*)malloc(sizeof(A));

free(aa);

return0;

}

new和delete會分別調(diào)用構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù),完成初始化

intmain()

A*aa=newA;

deleteaa;

return0;

}

operatornew與operatordelete函數(shù)

這里一看像是new和delete的重載,記住,這不是,就是名字有點奇怪罷了.這是C++里面的全局函數(shù),它的使用方法和malloc一樣,而且作用也是有一樣的,不會調(diào)用構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù).

new和delete是用戶進行動態(tài)內(nèi)存申請和釋放的操作符，operatornew和operatordelete是系統(tǒng)提供的全局函數(shù)，new在底層調(diào)用operatornew全局函數(shù)來申請空間，delete在底層通過operatordelete全局函數(shù)來釋放空間

intmain()

A*aa=(A*)operatornew(sizeof(A));

operatordelete(aa);

return0;

}

原理

通過源碼我們就會發(fā)現(xiàn),實際上operatornew與operatordelete函數(shù)本質(zhì)上是malloc和free的封裝,就是報錯的信息有點不同,封裝的報錯的信息是異常.

operatornew的原理是malloc

void*__CRTDECLoperatornew(size_tsize)_THROW1(_STDbad_alloc){//trytoallocatesizebytesvoid*p;while((p=malloc(size))==0)if(_callnewh(size)==0){//reportnomemory//如果申請內(nèi)存失敗了，這里會拋出bad_alloc類型異常staticconststd::bad_allocnomem;_RAISE(nomem);}return(p);}

operatordelete原理

voidoperatordelete(void*pUserData){_CrtMemBlockHeader*pHead;RTCCALLBACK(_RTC_Free_hook,(pUserData,0));if(pUserData==NULL)return;_mlock(_HEAP_LOCK);/*blockotherthreads*/__TRY/*getapointertomemoryblockheader*/pHead=pHdr(pUserData);/*verifyblocktype*/_ASSERTE(_BLOCK_TYPE_IS_VALID(pHead-nBlockUse));_free_dbg(pUserData,pHead-nBlockUse);//注意C語言的free就是這個函數(shù)__FINALLY_munlock(_HEAP_LOCK);/*releaseotherthreads*/__END_TRY_FINALLYreturn;}

為何出現(xiàn)這兩個函數(shù)

這兩個函數(shù)不是給我們調(diào)用的,是為了new的底層調(diào)用的,我們new一個對象,就相當于calloperatornew和call對象的構(gòu)造函數(shù),這才是它們出現(xiàn)的原因.

大家可以看看反匯編.

deletedelete[]

這個我們可以這么理解,對于內(nèi)置類型,它們就沒必要討論的,作用差不多.但是對于自定義類型就有很大的問題.

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調(diào)用operatordelete[]釋放空間，實際在operatordelete[]中調(diào)用operatordelete來釋放空間

大家先看看結(jié)果：

delete[]析構(gòu)相應的的次數(shù)

intmain(){A*aa=newA[3];delete[]aa;return0;}

delete析構(gòu)一次,還會報錯

intmain(){A*aa=newA[3];deleteaa;return0;}

內(nèi)存池

這里我想提一個概念，我們都知道m(xù)alloc和new都是在堆上開辟空間，如果我們要是多次的去開辟空間，效率是不是有點慢，想一想，我們一次開辟一次，開了個上千次，每次都要去申請，我們在想，能不能單獨的劃分出一塊區(qū)域，專門提供我們想要的對象來開辟空間，這就是內(nèi)存池最初的想法，大家可能會感到疑惑，內(nèi)存池和堆有什么不同嗎，簡單來說，內(nèi)存池離你近,可以提高效率。我們可以這么類比，堆就像每噸你在學校吃飯就和你老爸要錢，每頓都要，那么內(nèi)存池就像月初你直接和你爸要好這個月的生活費，一月要一次，肯定是后者的效率比較高的。

那么我們該如何使用內(nèi)存池，標準庫里面也提供了一個，這里我們需要在類內(nèi)重寫operatornew與operatordelete函數(shù)函數(shù)，大家先來了解一下用法就可以了，我們先不來細究，后面可能會有一個高并發(fā)內(nèi)存池的項目要和大家分享，不過這個時間就有點長了。

structListNode

ListNode*_next;

ListNode*_prev;

int_data;

//申請空間的是后去內(nèi)存池

void*operatornew(size_tn)

void*p=nullptr;

p=allocatorListNode().allocate(1);

cout"memorypoolallocate"endl;

returnp;

voidoperatordelete(void*p)

allocatorListNode().deallocate((ListNode*)p,1);

cout"memorypooldeallocate"endl;

classList

public:

List()

_head=newListNode;

_head-_next=_head;

_head-_prev=_head;

~List()

ListNode*cur=_head-_next;

while(cur!=_head)

ListNode*next=cur-_next;

deletecur;

cur=next;

delete_head;

_head=nullptr;

private:

ListNode*_head;

intmain()

Listl1;

return0;

}

定位new

我們已經(jīng)知道了,使用operatornew開辟出的空間是不會初始化的,而且現(xiàn)在我們是無法通過對象來顯式調(diào)用構(gòu)造函數(shù)的,這也就意味著我們要是向修改成員變量,一定會破壞封裝.但是C++這