c++動態內存管理

1、內存的簡要了解

說到內存，不少人應該都多多少少有點了解了，咱們在這再稍微多說幾句：

　　通常咱們能夠把內存理解爲三個部分：靜態區，棧，堆。有些朋友搞不清到底什麼是棧什麼是堆，堆棧有多人會認爲是堆和棧，兩個放在一塊。其實否則，其中咱們口中講的堆棧就是棧，而不是堆。堆的英文是heap ；棧的英文是stack（也翻譯爲堆棧）。

 

存儲內容：

　　靜態區：保存自動全局變量和static變量（包括static全局和局部變量）。靜態區的內容在整個程序的生命週期內都存在，有編譯器在編譯的時候分配（數據段（存儲全局數據和靜態數據）和代碼段（可執行的代碼/只讀常量））。

　　棧：保存局部變量。棧上的內容只在函數範圍內存在，當函數運行結束的時候，這些內容也會自動銷燬。其特色是效率高可是空間大小有限。

　　堆：由malloc系列函數或者new操做符分配的內存。其生命週期由free和delete決定。在沒有釋放以前一直存在，直到函數結束。其特色是使用靈活，空間比較大，但容易出錯。

 

　　咱們用一張圖來簡單看下：

 

　　值得注意的一點是：代碼段中存儲的是可執行的代碼和只讀常量，不少人看到代碼段就認爲裏面只有代碼，數據段裏面纔是存儲數據的，其實不是這樣的。

 

2、malloc、calloc、realloc

三者的簡單對比：

malloc 　　函數原型：(void*)malloc(unsigned size);(字節數)

malloc函數在內存中開闢的是一塊連續的空間，size是所須要空間的長度，開闢的大小爲size*參數類型，開闢完以後返回這塊空間的首地址。

 

calloc　　  函數原型：void* calloc(size_t numElements, size_t sizeOfElements);(元素的個數， 單個元素的字節數)

和malloc類似，它也是開闢一塊連續的空間，空間的大小爲：元素的個數*單個元素的字節數。

 

realloc  　  函數原型：void* realloc(void* ptr, unsigned newsize);(地址，字節數)

給一個已經分配地址的指針從新分配空間，參數ptr爲原有的空間指針，newsize爲從新申請的地址長度。它與malloc的區別就是若是你給的指針是NULL，那麼你使用的就是malloc，若是你給出的指針是一個已經分配了地址的指針（ptr），那麼你使用的就是realloc。

 

區別：

（1）函數malloc不能初始化所分配的空間，而函數calloc能，也就是說，若是由malloc函數分配的空間原來沒有被分配過，則其中每一位均可能是0；反之，若是這一塊數據塊原來被分配過，那裏面可能遺留着各類各樣的數據。因此，當你在使用malloc開闢一塊新空間的時候，要從新初始化那一塊空間（通常調用memset函數來初始化空間）。不然在屢次釋放、開闢以後，可能會出現使用錯誤。

（2）calloc函數會將所分配的內存空間中的每一位都初始化爲0（這也是它和malloc的主要不一樣處之一）。也就是說，若是你是爲字符類或者整形類的元素分配空間，那麼這些元素會保證被初始化爲0；若是你是爲指針類函數分配內存，那麼這些元素都會被初始化爲空指針。

（3）malloc向系統申請size個字節的空間，申請完以後返回的是這個空間的首地址，類型爲void*，而void*表示未肯定的類型，在c/c++中void*能夠被強轉成任意類型的指針。

（4）realloc能夠對給定的指針所指向的空間進行擴大或者縮小，不管是擴大仍是縮小，原有內存中的內容將保持不變（若是對於縮小以後的空間，被縮小的那部分空間內的數據仍是會丟失）。realloc並不保證調整後的內存空間和原來的內存空間保持同一個地址。相反，realloc指針極可能指向一個新的地址。

（5）realloc是從堆上分配空間的，但當你進行擴大的時候，realloc會試圖從堆上現存的數據後面的那些字節中獲取附加的字節，若是能知足，就恰好。但若是後面的字節數不夠，其就會使用堆上第一個有足夠大小的自由塊，而後將現存的數據拷貝到新的位置，將老塊放回到堆上。在這個過程當中，數據會被移動。也就是說，當你使用realloc的時候，數據可能被移動。

 

3、有關malloc的一些擴展（選自《高質量c/c++編程指南（林銳）》）

malloc 

malloc的原型：(void*)malloc(int size)（int也能夠是unsigned，int只是其中的一種特例）

　　malloc函數的返回值是一個void類型的指針，參數爲int類型數據，即申請分配的內存大小，單位是byte。內存分配成功以後，malloc函數返回這塊內存的首地址。你須要一個指針來接受這個地址。可是因爲函數的返回值是void*類型，因此必須強制轉換成你所接收的類型。也就是說，這塊內存未來要存儲什麼類型的數據。好比：

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

在堆上面分配了100個字節內存，返回這塊內存的首地址，把地址強制轉換成char*類型後賦給char*類型 的指針變量p。同時告訴咱們這塊內存未來用來存儲char*類型的數據。也就是說你只能經過指針變量p來操做這塊內存。這塊內存自己並無名字，對它的訪問是匿名訪問。

 

內存釋放

　　有分配就必定有釋放。malloc對應的就是free函數。free函數只有一個參數，就是要釋放的內存塊的首地址。好比：free(p);

free函數作的事情：斬斷指針變量與這塊內存的關係。就像上面的例子同樣malloc函數開闢的這一個數據塊空間是屬於p的，你只能經過p來訪問這一塊數據塊空間，而free函數作的事情就是斬斷malloc和p之間的聯繫。可是p指針自己存放的地址並無發生變化，只是它對指針所指向的那塊內存已經沒有全部權了，不能對內存塊進行操做。而那塊內存塊裏面的數據也沒有被改變，只是你沒有辦法去訪問或者修改那塊數據快中的內容了。

　　malloc和free是一一對應的，若是malloc兩次可是隻free一次就會存在內存泄漏，若是malloc一次可是free了兩次，就會出錯（第一次使用free的時候，malloc所開闢的空間就已經被釋放，第二次使用free就無內存空間能夠釋放了，這種對內存的誤操做就有可能會致使程序的崩潰）。

　　

　　函數的內存釋放完後，必定要把p指針置爲NULL。爲何？

　　從上面能夠看出，free掉以後p只是切斷了和內存空間的關係，可是p指針自己內部依舊存在一個地址，若是不把它置成空，那這個指針就會變成一個野指針（懸垂指針），早晚會出事。

例子：

1 char* p = (char*)malloc(100);
2 strcpy(p, "hello");
3 free(p);//能夠看到這邊已經釋放了p所指向的那一塊空間，可是p自己存儲的地址並無改變
4 if(NULL != p)//判斷不起做用，起不到防禦做用
5 {
6      strcpy(p, "world");//p沒有分配空間，出錯。
7 }

 

4、new/delete

　　前頭講了不少但好像尚未講到c++的動態內存這方面。下面咱們來進行一些討論。

　　咱們知道c++是兼容c的，那咱們明明已經有了malloc和free來進行動態內容的管理，爲何c++還要定義new和delete運算符來動態管理內存。

　　來看一下它們之間的區別和聯繫：

　　1.它們都是動態管理內存的入口。

　　2.malloc/free是c/c++標準庫的函數，new/delete是c++操做符。

　　3.malloc/free只是動態分配/釋放內存空間。而new/delete出來分配空間還會調用構造函數和析構函數進行初始化與清理。

　　4.malloc/free須要手動計算類型大小且會返回void*， new/delete能夠本身計算類型的大小，返回對應類型的指針。

　　咱們在c++中是容許進行重載的，那咱們也能夠重載一下new和delete，我在這就不作了（其實new和delete是不能重載的，即便你進行了重載，也只是重載了operator new和operator delete）。

　　

有關operator new/operator delete    operator new[]/operator delete[]

總結：

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

　　2.它們只負責分配空間/釋放空間，不會調用對象構造函數和析構函數來初始化/清理對象。

　　3.實際operator new/operator delete  只是malloc和free的一層封裝。

 

5、new和delete在內存中所作的事

new作的事：

1.調用operator new分配空間

2.調用構造函數初始化空間

 

delete作的事：

1.調用析構函數清理對象

2.調用operator delete釋放空間

 

new[N]作的事：

1.調用operator new分配空間

2.調用N次構造函數分別初始化每一個對象

 

delete作的事：

1.調用N次析構函數清理對象

2.調用operator delete釋放空間

 

用一張圖來解釋：