關于C/C++內(nèi)存管理示例詳解

更新時間：2021年05月08日 10:01:59 作者：程序員歡歡

這篇文章主要給大家介紹了C/C++內(nèi)存管理的相關資料，文中通過示例代碼介紹的非常詳細，對大家的學習或者工作具有一定的參考學習價值，需要的朋友們下面隨著小編來一起學習學習吧

1、內(nèi)存分配方式

在C++中，內(nèi)存分成五個區(qū)，分別是堆、棧、自由存儲區(qū)、靜態(tài)存儲區(qū)和常量存儲區(qū)。

1）棧

執(zhí)行函數(shù)時，函數(shù)內(nèi)局部變量的存儲單元都可以在棧上創(chuàng)建，函數(shù)執(zhí)行結束時這些存儲單元自動被釋放。棧內(nèi)存分配運算內(nèi)置處理器指令集中，效率很高，但分配的內(nèi)存容量有限。

2）堆

由new分配的內(nèi)存塊，釋放由程序員控制。如果程序員沒有釋放，那么就在程序結束的時候，被操作系統(tǒng)回收。

3）自由存儲區(qū)

由malloc等分配的內(nèi)存塊，用free結束自己的生命。

4）靜態(tài)存儲區(qū)

全局變量和靜態(tài)變量被分配到同一塊內(nèi)存中。C語言中，全局變量分為已初始化和未初始化。

5）常量存儲區(qū)

里面存放的是常量，不允許修改。

2、堆和棧的區(qū)別

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

在棧中存放了一個指向堆內(nèi)存的指針ptr。在程序會先確定在堆中分配內(nèi)存的大小，然后利用operator new分配內(nèi)存，然后放回這塊內(nèi)存的首地址，放在棧中。

1）空間大小不同

在32位系統(tǒng)中，堆的空間是4G，而棧的空間很小。

2）分配方式不同

堆是動態(tài)分配的，沒有靜態(tài)分配。棧的靜態(tài)分配時編譯器完成的，動態(tài)分配由alloca函數(shù)分配。棧的動態(tài)分配由編譯器進行釋放。

3）管理方式不同

棧是由編譯器自動管理。堆的釋放是由程序員控制。

4）生長方式不同

堆的生長方式是向上的，向著內(nèi)存地址增加的方向。棧的生長方式是向下的，是向著內(nèi)存地址減小的方向。

5）能否產(chǎn)生碎片

對于堆，頻繁的new/delete會造成內(nèi)存空間的不連續(xù)，從而造成大量的碎片，使程序效率降低。

6）分配效率不同

棧是機器系統(tǒng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結構，計算機會在底層對棧提供支持：分配專門的寄存器存放棧的地址，壓棧出棧都有專門的指令執(zhí)行，這就決定棧的效率比較高。

堆是C/C++函數(shù)庫提供的，庫函數(shù)會按照一定的算法，在堆內(nèi)存中搜索可用的足夠大小的空間，如果沒有足夠大小的空間（可能是由于內(nèi)存碎片太多），就有可能調用系統(tǒng)功能去增加程序數(shù)據(jù)段的內(nèi)存空間，這樣就有機會分到足夠大小的內(nèi)存，然后進行返回。

3、operator new和operator delete

3.1 為什么要進行重載？

在嵌入式系統(tǒng)中，由于內(nèi)存的限制，頻繁的動態(tài)分配不定大小的內(nèi)存會引起很大的問題以及堆破碎的風險。

當你必須要使用new和delete的時候，你不得不控制C++中的內(nèi)存分配。你需要用重載的全局new和delete代替系統(tǒng)的內(nèi)存分配符。需要給類重載new和delete。

一個防止內(nèi)存破碎的方法是從不同固定大小的內(nèi)存池中分配不同類型的對象。對單個類重載new和delete，你就可以靈活的控制內(nèi)存分配。

3.2 重載全局的new和delete操作符

void* operator new(size_t size)
{
	void* p = malloc(size);
	return (p);
}

void operator delete(void*p)
{
	free(p);
}

3.3 類重載new和delete

為單個類重載new和delete

class TestClass
{
public:
	void* operator new(size_t size)
	{
		void* p = malloc(size);
		return p;
	}
	void operator delete(void* p)
	{
		free(p);
	}
};

為單個類重載new[] 和 delete[]

class TestClass
{
public:
	void* operator new[](size_t size)
	{
		void* p = malloc(size);
		return p;
	}
	void* operator delete[](void* p)
	{
		free(p);
	}
}

int main()
{
	TestClass* p  = new TestClass[10];
	delete [] p; 
	return 0;
}

注意：new[] 中的個數(shù)參數(shù)是數(shù)組的大小加上額外的存儲對象數(shù)目的字節(jié)?？紤]到內(nèi)存分配機制的因素，盡量避免使用對象數(shù)組。

4、有了malloc/free為什么還要new/delete

malloc和free是C/C++語言的標準庫函數(shù)，new / delete是C++ 的運算符。都用于申請動態(tài)內(nèi)存和釋放內(nèi)存。

malloc / free 無法滿足動態(tài)對象的要求。對象在創(chuàng)建的同時同時自動執(zhí)行構造函數(shù)，對象消亡之前自動執(zhí)行析構函數(shù)。即就是C++語言需要一個能完成動態(tài)內(nèi)存分配和初始化工作的運算符new，以及一個能完成清理和釋放內(nèi)存工作的運算符delete。

內(nèi)部數(shù)據(jù)類型的對象沒有析構和構造的過程，所以對于他們來說malloc / free和new / delete是等價的。