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C/C++内存管理

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1.C/C++内存分布

  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(共享区)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(静态区)--存储全局数据和静态数据。
  5. 代码段(常量区)--可执行的代码/只读常量。

下面看一段代码

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";
	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);
}
//globalVar静态区 staticGlobalVar静态区 staticVar静态区  localVar栈区
//num1栈区(是数组)  char2栈区(是数组,首元素地址)   *char2栈区(是首元素),注意:char2并不是常量字符串,"abcd"才是,而char2是将"abcd"拷贝了一份,在栈区
//pChar3栈区(是指针)  *pChar3常量区(是常量字符串)
//ptr1栈区(是指针) *ptr1堆区

2.C语言中动态内存管理方式

malloc/calloc/realloc 和 free

3.C++中动态内存管理方式

new,delete

3.1 对于内置类型

new/delete和malloc/free 针对内置类型没有任何差别,只是用法不一样

	// 申请一个10个int的数组
	int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);
	int* p2 = new int[10];// new/delete new[]/delete[]一定要匹配,否则可能会出错
	free(p1);
	delete[] p2;//这里不要忘了[]
	// 申请单个int对象
	int* p3 = (int*)malloc(sizeof(int));
	int* p4 = new int;
	free(p3);
	delete p4;

3.2 对于自定义类型

对于自定义类型,new和delete会开辟空间+初始化,析构+释放空间

malloc/free只开辟空间,释放空间

struct ListNode
{
	ListNode* _next;
	ListNode* _prev;
	int _val;
	ListNode(int val = 0): _next(nullptr), _prev(nullptr), _val(val)
		cout << "ListNode(int val = 0)" << endl;
	}
	~ListNode()
	{
		cout << "~ListNode()" << endl;}
};
int main()
{
	 //C malloc只是开空间 free释放空间
	struct ListNode* n1 = (struct ListNode*)malloc(sizeof(struct ListNode));
	free(n1);
	 //C++ new 针对自定义类型,开空间+构造函数初始化
	 //delete 针对自定义类型,析构函数清理 + 释放空间
	ListNode* n2 = new ListNode(5);   // -> 相当于c语言中BuyListNode(5) 
	delete n2;
	//申请数组
	struct ListNode* arr3 = (struct ListNode*)malloc(sizeof(struct ListNode)*4);
	free(arr3);
	ListNode* arr4 = new ListNode[4]{1,2,3,4};//数组初始化可以用{}
	delete[] arr4;
	//那么,new内置类型的时候也可以进行初始化
	//int* p1 = new int(0);
	//int* p2 = new int[4]{ 1, 2, 3, 4 };
}

3.3 new的底层原理

new = operator new(库函数) + 构造函数

operator new = malloc + 失败抛异常机制

其实operator new和malloc用法是完全一样的,功能都是在堆上申请释放空间,只是失败了处理方式不一样,malloc失败返回NULL,operator new失败以后抛异常

4. 常见的面试题

相同点:都是从堆上申请空间,并且需要用户手动释放。

区别:

  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
  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

32位下面,最多2G左右; 在64位下面申请

1)什么是内存泄漏,内存泄漏的危害?

2)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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