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现在是5月30日的正午#xff0c;图书馆里空空的#xff0c;也许是大家都在午休#xff0c;也许是现在37摄氏度的气温。穿着球衣的我已经汗流浃背#xff0c;今天热火战胜了凯尔特人#xff0c;闯入决赛。以下克上的勇气也激励着我#xff0c;在省内垫底的大学中图书馆里空空的也许是大家都在午休也许是现在37摄氏度的气温。穿着球衣的我已经汗流浃背今天热火战胜了凯尔特人闯入决赛。以下克上的勇气也激励着我在省内垫底的大学中我不觉得气馁我要更加努力学习让自己能够越来越好以后肯定也会”晋级决赛”。
1.C/C程序的内存分布
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。堆用于程序运行时动态内存分配堆是可以上增长的。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
2.变量在内存中存储的位置
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);
}下面我按照从左往右从上到下的顺序依次分析上面的题目。globalVar和staticGlobalVar都是定义在全局域中所以是存储在静态区中的。staticVar虽然是在局部域内定义的但是它是static修饰的变量所以依旧是存储在静态区中的。localVar和num1都是在局部域内定义的局部变量都是存储在栈区空间的。上面第一部分比较简单下面我以画图加分析的来看下面部分。 为什么char2和*char2都在局部域呢 pChar3是一个定义在栈区的const char类型指针它保存的是常量字符串abcd的首元素地址。*pChar3是对常量字符串的首元素地址进行解引用操作访问的是常量区的空间。ptr1是一个在栈区上创建的指针变量存放的是动态开辟空间首字节地址。解引用访问ptr1访问的是堆区空间。
数组名单独放在sizeof内部表示整个数组所以是4*10字节。abcd其实是隐含了’\0’字符所以是415字节。无论什么指针都是4 or 8字节指针的大小取决于平台64位平台8字节32位平台4字节。
3.C语言的动态内存管理
常见的C语言动态内存管理如下malloc/calloc/realloc/free。具体细节可以移步c语言动态内存管理查看这里不做赘述。
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 );
}1.malloc就是单纯地开辟堆区空间。calloc是可以指定初始化内容开辟堆区空间。realloc就是动态调整堆区申请的空间。当调整后的空间无法在原空间后扩容则会将原空间的内容拷贝到新的空间上再申请到连续空间。
4.C的动态内存管理
因为C是兼容C语言的所以C语言的动态内存管理依旧是可以在C中使用的。由于C语言的动态管理方式存在缺陷所以C也提供了两个操作符来进行动态内存管理。分别是new 和 delete。
4.1.new和delete管理内置类型
int main()
{//cint* p1 (int*)malloc(sizeof(int));free(p1);//cpp//new后面跟的是类型int* p2 new int;delete p2;//malloc单纯开辟空间//new支持初始化int* p3 new int(10);delete p3;int* p4 (int*)malloc(sizeof(int) * 10);free(p4);int* p5 new int[10];delete[] p5;//一定要带[]//开辟连续空间也是支持初始化的int* p6 new int[10]{1,2,3,4};delete[] p6;}需要注意的是使用malloc申请的内存就用free来释放使用new申请的内存就用delete来清理。不可以free来释放new的空间或者用delete来释放malloc的空间。虽然在内置类型中可能不会出问题但是这样使用是不规范也不正确的。这就好比吃面要用筷子吃炸鸡要用手套吃炒饭用勺子。你用free去释放new的内存就好比用勺子去吃炸鸡这样是不合适的。在某些场景下你用free去释放new的内存就会好比用手套去吃火锅那肯定是不行的。
4.1.new和delete操作自定义类型
struct ListNode
{//c写法ListNode(int x):_next(nullptr), _val(x){}int _val;struct ListNode* _next;
};//c语言写法
struct ListNode* BuyNode(int x)
{struct ListNode* newnode (struct ListNode*)malloc(sizeof(struct ListNode));if (newnode NULL){perror(malloc fail);exit(-1);}newnode-_next NULL;newnode-_val x;return newnode;
}int main()
{struct ListNode* n1 BuyNode(1);struct ListNode* n2 BuyNode(2);struct ListNode* n3 BuyNode(3);free(n1);free(n2);free(n3);//struct升级成了类ListNode* nn1 new ListNode(1);ListNode* nn2 new ListNode(2);ListNode* nn3 new ListNode(3);delete nn1;delete nn2;delete nn3;return 0;
}new可以去调用自定义类型的构造函数来初始化对象这样写比c语言的写法香多了。
class A
{
public:A(int a 0): _a(a){cout A(): this endl;}A(const A aa){cout A(const A aa) endl;}~A(){cout ~A(): this endl;}
private:int _a;
};
int main()
{A* p1 (A*)malloc(sizeof(A) * 4);A* p2 new A[4]{1,2,3,4};free(p1);delete[] p2;return 0;
}从上面样例可以看到new自定义类型对象的时候会去调用它的构造函数。当然这里是以整型值初始化自定义类型会产生隐式类型转换因为是在同一行编译器自动进行了优化所以没有调用拷贝构造函数。而malloc只是单纯地开空间。delete自定义类型对象时会去调用他的析构函数而free只是单纯释放空间。
4.1.c和c语言在开辟动态内存时失败处理细节
在C语言中当使用malloc()函数开辟动态内存时如果内存不足或者没有足够的连续空间函数将返回NULL指针表示内存分配失败。而在C中使用new操作符开辟动态内存时如果内存不足或者没有足够的连续空间将抛出一个std::bad_alloc异常表示内存分配失败。
//C语言
int main()
{int* p1 (int*)malloc(sizeof(int) * 1024);if (p1 NULL){perror(malloc fail);exit(-1);}return 0;
}//C
int main()
{int* p1 nullptr;try{do{p1 new int[1024];cout p1 endl;} while (p1);}catch (const exception e){cout e.what() endl;}return 0;
}在面向对象的编程语言的编程中try-catch是一种异常处理机制。在try块中我们编写可能引发异常的代码。如果在try块中的代码引发了异常程序会立即跳转到与其对应的catch块。catch块定义了异常处理程序它会处理try块中引发的异常。这里稍微了解即可具体细节得等到后面学习后再和大家介绍了。
5.new和delete的原理
5.1.operator new与operator delete函数的介绍
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。
void* __CRTDECL operator new(size_t size) _THROW1(_STD bad_alloc)
{// try to allocate size bytesvoid* 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 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 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_FINALLYreturn;
}
/*
free的实现
*/
#define free(p) _free_dbg(p, _NORMAL_BLOCK)operator delete通过调用free来释放空间而且operator delete和宏函数free的底层都是调用_free_dbg来进行释放空间的 5.2.operator new、new、operator delete和delete函数的底层实现
首先通过下面代码的汇编代码来看看operator new、new、operator delete和delete函数究竟是怎么样的吧。
class A
{
public:A(int a 0,int b 0): _a(a){cout A(): this endl;}A(const A aa){cout A(const A aa) endl;}~A(){cout ~A(): this endl;}
private:int _a;
};int main()
{A* p1 (A*)operator new(sizeof(A));A* p2 new A(1,1);operator delete(p1);delete p2;return 0;
}通过查看汇编代码我们可以看到new的会先调用operator new开辟空间然后在调用构造函数初始化。delete会先调用析构函数进行清理然后调用operator delete来释放动态内存。当然用new 自定义类型[N] 个对象会先调用operator new开辟空间然后在调用N次构造函数初始化。delete[] 会先调用N次析构函数然后释放动态内存。 下面通过一个比较复杂的场景来看一下new和delete对于自定义类的的处理
typedef int DataType;
class Stack
{
public:Stack(size_t capacity 3){cout Stack(size_t capacity 3) endl;_array (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * capacity);if (NULL _array){perror(malloc申请空间失败!!!);return;}_capacity capacity;_size 0;}void Push(DataType data){// CheckCapacity();_array[_size] data;_size;}// 其他方法...~Stack(){cout ~Stack() endl;if (_array){free(_array);_array NULL;_capacity 0;_size 0;}}private:DataType* _array;int _capacity;int _size;
};int main()
{Stack* p1 new Stack;delete p1;return 0;
}6.定位new
定位new是new关键字的另一种用法用于给已经分配好的堆区空间进行调用构造函数来初始化对象。
6.1.代码样例演示
class A
{
public:A(int a 0,int b 0): _a(a){cout A(): this endl;}A(const A aa){cout A(const A aa) endl;}~A(){cout ~A(): this endl;}
private:int _a;
};int main()
{A* p1 (A*)malloc(sizeof(A));new(p1)A; // 注意如果A类的构造函数有参数时此处需要传参p1-~A();//显示调用析构函数free(p1);return 0;
}6.2.定位new的应用场景
在一些需要频繁申请堆区内存的程序中通常需要提前开辟一个内存池用于提高获取堆区内存的效率。而定位new就能将申请的内存通过调用构造函数来进行初始化。在后面学习的STL的链表中就能遇到这一场景。
7. malloc/free和new/delete的区别
1、malloc/free是库函数。new和delete是操作符。 2、对于内置类型来说malloc/free和new/delete的区别不是很大对于自定义类型new/delete分别会去调用构造函数/析构函数。来进行初始化和清理工作。 3. malloc申请空间时需要手动计算空间大小并传递new只需在其后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。 4. malloc申请空间失败时返回的是NULL因此使用时必须判空new不需要但是new需要捕获异常。
8.内存泄漏的概念
8.1.什么是内存泄漏
内存泄漏指的是在程序运行过程中程序分配了一段内存空间但在使用完这段内存空间后没有及时释放掉这段内存导致这段内存不能被再次使用从而造成了内存空间的浪费。如果程序中存在内存泄漏问题并且这种泄漏的情况不断累积最终可能会导致程序所能使用的内存空间越来越小甚至导致程序崩溃。内存泄漏是一种常见的编程错误需要开发人员注意及时释放不再使用的内存空间避免内存泄漏问题的出现。下面我通过一个样例来看看内存。
int main()
{char* p1 (char*)malloc(1024 * 1024 * 1024);cout p1 endl;return 0;
} 8.2.内存泄漏的危害
对于客户端内存泄漏的危害比较的小。对于服务端内存泄漏的危害极大。因为想游戏服务、电商服务等服务端中内存泄漏会导致服务程序宕机进而导致软件业务的事故。所以我们程序员在操作动态内存时一定要注意在哪里申请了就在对应的位置释放。内存泄漏非常常见解决方案分为两种1、事前预防型。如智能指针等。2、事后查错型。如泄漏检测工具。
