c++动态内存管理

1、内存的简要了解

说到内存，不少人应该都多多少少有点了解了，咱们在这再稍微多说几句：

　　通常咱们能够把内存理解为三个部分：静态区，栈，堆。有些朋友搞不清到底什么是栈什么是堆，堆栈有多人会认为是堆和栈，两个放在一块。其实否则，其中咱们口中讲的堆栈就是栈，而不是堆。堆的英文是heap ；栈的英文是stack（也翻译为堆栈）。

 

存储内容：

　　静态区：保存自动全局变量和static变量（包括static全局和局部变量）。静态区的内容在整个程序的生命周期内都存在，有编译器在编译的时候分配（数据段（存储全局数据和静态数据）和代码段（可执行的代码/只读常量））。

　　栈：保存局部变量。栈上的内容只在函数范围内存在，当函数运行结束的时候，这些内容也会自动销毁。其特色是效率高可是空间大小有限。

　　堆：由malloc系列函数或者new操做符分配的内存。其生命周期由free和delete决定。在没有释放以前一直存在，直到函数结束。其特色是使用灵活，空间比较大，但容易出错。

 

　　咱们用一张图来简单看下：

 

　　值得注意的一点是：代码段中存储的是可执行的代码和只读常量，不少人看到代码段就认为里面只有代码，数据段里面才是存储数据的，其实不是这样的。

 

2、malloc、calloc、realloc

三者的简单对比：

malloc 　　函数原型：(void*)malloc(unsigned size);(字节数)

malloc函数在内存中开辟的是一块连续的空间，size是所须要空间的长度，开辟的大小为size*参数类型，开辟完以后返回这块空间的首地址。

 

calloc　　  函数原型：void* calloc(size_t numElements, size_t sizeOfElements);(元素的个数， 单个元素的字节数)

和malloc类似，它也是开辟一块连续的空间，空间的大小为：元素的个数*单个元素的字节数。

 

realloc  　  函数原型：void* realloc(void* ptr, unsigned newsize);(地址，字节数)

给一个已经分配地址的指针从新分配空间，参数ptr为原有的空间指针，newsize为从新申请的地址长度。它与malloc的区别就是若是你给的指针是NULL，那么你使用的就是malloc，若是你给出的指针是一个已经分配了地址的指针（ptr），那么你使用的就是realloc。

 

区别：

（1）函数malloc不能初始化所分配的空间，而函数calloc能，也就是说，若是由malloc函数分配的空间原来没有被分配过，则其中每一位均可能是0；反之，若是这一块数据块原来被分配过，那里面可能遗留着各类各样的数据。因此，当你在使用malloc开辟一块新空间的时候，要从新初始化那一块空间（通常调用memset函数来初始化空间）。不然在屡次释放、开辟以后，可能会出现使用错误。

（2）calloc函数会将所分配的内存空间中的每一位都初始化为0（这也是它和malloc的主要不一样处之一）。也就是说，若是你是为字符类或者整形类的元素分配空间，那么这些元素会保证被初始化为0；若是你是为指针类函数分配内存，那么这些元素都会被初始化为空指针。

（3）malloc向系统申请size个字节的空间，申请完以后返回的是这个空间的首地址，类型为void*，而void*表示未肯定的类型，在c/c++中void*能够被强转成任意类型的指针。

（4）realloc能够对给定的指针所指向的空间进行扩大或者缩小，不管是扩大仍是缩小，原有内存中的内容将保持不变（若是对于缩小以后的空间，被缩小的那部分空间内的数据仍是会丢失）。realloc并不保证调整后的内存空间和原来的内存空间保持同一个地址。相反，realloc指针极可能指向一个新的地址。

（5）realloc是从堆上分配空间的，但当你进行扩大的时候，realloc会试图从堆上现存的数据后面的那些字节中获取附加的字节，若是能知足，就恰好。但若是后面的字节数不够，其就会使用堆上第一个有足够大小的自由块，而后将现存的数据拷贝到新的位置，将老块放回到堆上。在这个过程当中，数据会被移动。也就是说，当你使用realloc的时候，数据可能被移动。

 

3、有关malloc的一些扩展（选自《高质量c/c++编程指南（林锐）》）

malloc 

malloc的原型：(void*)malloc(int size)（int也能够是unsigned，int只是其中的一种特例）

　　malloc函数的返回值是一个void类型的指针，参数为int类型数据，即申请分配的内存大小，单位是byte。内存分配成功以后，malloc函数返回这块内存的首地址。你须要一个指针来接受这个地址。可是因为函数的返回值是void*类型，因此必须强制转换成你所接收的类型。也就是说，这块内存未来要存储什么类型的数据。好比：

char* p = (char*)malloc(100);

在堆上面分配了100个字节内存，返回这块内存的首地址，把地址强制转换成char*类型后赋给char*类型 的指针变量p。同时告诉咱们这块内存未来用来存储char*类型的数据。也就是说你只能经过指针变量p来操做这块内存。这块内存自己并无名字，对它的访问是匿名访问。

 

内存释放

　　有分配就必定有释放。malloc对应的就是free函数。free函数只有一个参数，就是要释放的内存块的首地址。好比：free(p);

free函数作的事情：斩断指针变量与这块内存的关系。就像上面的例子同样malloc函数开辟的这一个数据块空间是属于p的，你只能经过p来访问这一块数据块空间，而free函数作的事情就是斩断malloc和p之间的联系。可是p指针自己存放的地址并无发生变化，只是它对指针所指向的那块内存已经没有全部权了，不能对内存块进行操做。而那块内存块里面的数据也没有被改变，只是你没有办法去访问或者修改那块数据快中的内容了。

　　malloc和free是一一对应的，若是malloc两次可是只free一次就会存在内存泄漏，若是malloc一次可是free了两次，就会出错（第一次使用free的时候，malloc所开辟的空间就已经被释放，第二次使用free就无内存空间能够释放了，这种对内存的误操做就有可能会致使程序的崩溃）。

　　

　　函数的内存释放完后，必定要把p指针置为NULL。为何？

　　从上面能够看出，free掉以后p只是切断了和内存空间的关系，可是p指针自己内部依旧存在一个地址，若是不把它置成空，那这个指针就会变成一个野指针（悬垂指针），早晚会出事。

例子：

1 char* p = (char*)malloc(100);
2 strcpy(p, "hello");
3 free(p);//能够看到这边已经释放了p所指向的那一块空间，可是p自己存储的地址并无改变
4 if(NULL != p)//判断不起做用，起不到防御做用
5 {
6      strcpy(p, "world");//p没有分配空间，出错。
7 }

 

4、new/delete

　　前头讲了不少但好像尚未讲到c++的动态内存这方面。下面咱们来进行一些讨论。

　　咱们知道c++是兼容c的，那咱们明明已经有了malloc和free来进行动态内容的管理，为何c++还要定义new和delete运算符来动态管理内存。

　　来看一下它们之间的区别和联系：

　　1.它们都是动态管理内存的入口。

　　2.malloc/free是c/c++标准库的函数，new/delete是c++操做符。

　　3.malloc/free只是动态分配/释放内存空间。而new/delete出来分配空间还会调用构造函数和析构函数进行初始化与清理。

　　4.malloc/free须要手动计算类型大小且会返回void*， new/delete能够本身计算类型的大小，返回对应类型的指针。

　　咱们在c++中是容许进行重载的，那咱们也能够重载一下new和delete，我在这就不作了（其实new和delete是不能重载的，即便你进行了重载，也只是重载了operator new和operator delete）。

　　

有关operator new/operator delete    operator new[]/operator delete[]

总结：

　　1.operator new/operator delete    operator new[]/operator delete[]的用法和malloc/free同样。

　　2.它们只负责分配空间/释放空间，不会调用对象构造函数和析构函数来初始化/清理对象。

　　3.实际operator new/operator delete  只是malloc和free的一层封装。

 

5、new和delete在内存中所作的事

new作的事：

1.调用operator new分配空间

2.调用构造函数初始化空间

 

delete作的事：

1.调用析构函数清理对象

2.调用operator delete释放空间

 

new[N]作的事：

1.调用operator new分配空间

2.调用N次构造函数分别初始化每一个对象

 

delete作的事：

1.调用N次析构函数清理对象

2.调用operator delete释放空间

 

用一张图来解释：