c/c++内存管理

2024-08-16 08:00:29 浏览数 (3)

1. 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。

2. 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。

3. 堆

用于程序运行时动态内存分配,堆是可以上增长的。

4. 数据段

--存储全局数据和静态数据。

5. 代码段

--可执行的代码/只读常量。

c语言的内存管理

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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分配指定大小的空间,不进行初始化

calloc:分配指定数量和大小的内存块,并将其初始化为零

realloc:重新调整之前通过malloccalloc分配的内存块的大小。

如果新的大小更大,可能会添加新的内存块到原有内存块的末尾;

如果更小,可能会缩减原有内存块的大小。

如果realloc的第一个参数是NULL,那么它的行为就像malloc

2.这里需要free(p2)吗?

不需要。在代码中,p2指向的内存已经被realloc重新分配或调整,p2指向的内存块可能已经被移动或大小被调整。

在调用realloc之后,你应该只使用realloc返回的指针(这里是p3),并只对它调用free来释放内存。

如果你对realloc之前的指针(在这个例子中是p2)调用free,你可能会遇到以下问题:

  • 如果realloc分配了一个新的内存块并释放了旧的内存块,那么对p2调用free将导致双重释放,这是一个严重的错误,可能会导致程序崩溃。
  • 如果realloc只是返回了原始指针而没有做任何改变,那么对p2调用free将是安全的,但这样做是多余的,因为你已经有一个指向相同内存块的指针p3,你应该只对这个指针调用free

c 内存管理

c语言中的内存管理在c 中仍然适用,但是比较麻烦。可以通过new和delete操作符进行动态内存管理。

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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;
}

注意:

申请和释放单个元素的空间,使用new和delete操作符,申请和释放连续的空间,使用 new[]和delete[],注意:匹配起来使用。  

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

operator new与operator delete函数(重点)

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 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。

new和delete的实现原理

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。

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 T[N]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

2. 调用operator delete[]释放空间,实际在operator delete[]中调用operator delete来释放空间

定位new表达式(placement-new) (了解)

定位new表达式是在已分配的原始内存空间中调用构造函数初始化一个对象。

使用格式:

new (place_address) type或者new (place_address) type(initializer-list)

place_address必须是一个指针,initializer-list是类型的初始化列表

使用场景:

定位new表达式在实际中一般是配合内存池使用。

因为内存池分配出的内存没有初始化,所以如果是自定义类型的对象,需要使用new的定义表达式进行显式调构造函数进行初始化。

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int main()
{
 // p1现在指向的只不过是与A对象相同大小的一段空间,还不能算是一个对象,因为构造函数没有执行
 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();
 free(p1);//在显式调用析构函数之后,必须手动释放内存,因为malloc分配的内存不会自动释放
 A* p2 = (A*)operator new(sizeof(A));
 new(p2)A(10);
 p2->~A();
 operator delete(p2);
 return 0;
}

常见面试题

malloc/free和new/delete的区别

共同点

都是从堆上申请空间,并且需要用户手动释放。

不同点

1. malloc和free是函数,new和delete是操作符

2. malloc申请的空间不会初始化,new可以初始化

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的返回值为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

5. 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

6. 申请自定义类型对象时,malloc/free只会开辟空间,不会调用构造函数与析构函数,而new 在申请空间后会调用构造函数完成对象的初始化,delete在释放空间前会调用析构函数完成空间中资源的清理

内存泄漏

什么是内存泄漏

指因为疏忽或错误造成程序未能释放已经不再使用的内存的情况。

内存泄漏并不是指内存在物理上的消失,而是应用程序分配某段内存后,因为设计错误,失去了对 该段内存的控制,因而造成了内存的浪费

内存泄漏的危害

长期运行的程序出现内存泄漏,影响很大,如操作系统、后台服务等等,出现内存泄漏会导致响应越来越慢,最终卡死。

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void MemoryLeaks()
{
   // 1.内存申请了忘记释放
  int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int));
  int* p2 = new int;
  
  // 2.异常安全问题
  int* p3 = new int[10];
  
  Func(); // 这里Func函数抛异常导致 delete[] p3未执行,p3没被释放.
  delete[] p3;
}
内存泄漏分类
堆内存泄漏(Heap leak)

堆内存指的是程序执行中依据须要分配通过malloc / calloc / realloc / new等从堆中分配的一块内存,用完后必须通过调用相应的 free或者delete 删掉。假设程序的设计错误导致这部分内存没有被释放,那么以后这部分空间将无法再被使用,就会产生Heap Leak。

系统资源泄漏

指程序使用系统分配的资源,比方套接字、文件描述符、管道等没有使用对应的函数释放掉,导致系统资源的浪费,严重可导致系统效能减少,系统执行不稳定。

如何检测内存泄漏

在vs下,可以使用windows操作系统提供的_CrtDumpMemoryLeaks() 函数进行简单检测,该函数只报出了大概泄漏了多少个字节,没有其他更准确的位置信息。

因此写代码时一定要小心,尤其是动态内存操作时,一定要记着释放。

但有些情况下总是防不胜防,简单的可以采用上述方式快速定位下。

如果工程比较大,内存泄漏位置比较多,不太好查时,一般都是借助第三方内存泄漏检测工具处理的。

如何避免内存泄漏

1. 工程前期良好的设计规范,养成良好的编码规范,申请的内存空间记着匹配的去释放。

ps: 这个理想状态。但是如果碰上异常时,就算注意释放了,还是可能会出问题。需要下一条智 能指针来管理才有保证。

2. 采用RAII思想或者智能指针来管理资源。

3. 有些公司内部规范使用内部实现的私有内存管理库。这套库自带内存泄漏检测的功能选项。 4. 出问题了使用内存泄漏工具检测。

ps:不过很多工具都不够靠谱,或者收费昂贵。

总结一下: 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。

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