C++内存管理

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free(p1);delete p2;// 内置类型是几乎是一样的// Cfree(p3);delete p4;free(p5);return 0;

涤生z

1027人浏览 · 2025-09-05 20:40:52

涤生z · 2025-09-05 20:40:52 发布

1.C/C++内存分布

2.C语言中动态内存管理方式：malloc/calloc/realloc/free

3.C++内存管理方式

3.1 new/delete操作内置类型

3.2 new和delete操作自定义类型

4.operator new与operator delete函数

4.1 operator new与operator delete函数

5.new和delete的实现原理

5.1 内置类型

5.2 自定义类型

6.定位new表达式(placement-new)

7.malloc/free和new/delete的区别

1.C/C++内存分布

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";
    const 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);
}

1.选择题

选项：A栈 B、堆 C、数据段（静态区） D、代码段（常量区）

globalvar在__C__

staticGlobalvar在__C__

staticVar在_C___

localVar在__A__

num1在__A__

char2在__A__

*char2在__D__

pchar3在__A__

*pchar3在__B__

ptr1在__A__

*ptr1在_B___

说明

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内存，做进程间通信

3.堆用于程序运行时动态内存分配

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

2.C语言中动态内存管理方式：malloc/calloc/realloc/free

void Test ()
{
    // 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 );
}

面试题

1.malloc/calloc/realloc的区别

2.malloc的实现原理【CTF】GLibc堆利用入门-机制介绍_哔哩哔哩_bilibili

3.C++内存管理方式

C语言内存管理方式在C++中可以继续使用，但有些地方就无能为力，而且使用起来比较麻烦，因此C++又提出了自己的内存管理方式：通过new和delete操作符进行动态内存管理

3.1 new/delete操作内置类型

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：括号匹配起来使用

3.2 new和delete操作自定义类型

class A
{ 
public:
    A(int a = 0)
    : _a(a)
    {
        cout << "A():" << this << endl;
    }

    ~A()
    {
        cout << "~A():" << this << endl;
    }

private:
    int _a;
};

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;
}

注意：在申请自定义类型的空间时，new会调用构造函数,delete会调用析构函数，而malloc与free不会

4.operator new与operator delete函数

4.1 operator new与operator delete函数

new和delete是用户进行动态内存申请和释放的操作符，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：该函数实际通过malloc来申请空间，当malloc申请空间成功时直接返回；申请空间
失败，尝试执行空 间不足应对措施，如果改应对措施用户设置了，则继续申请，否则抛异常。*/

void *__CRTDECL operator new(size_t size) _THROW1(_STD bad_alloc)
{
    // try to allocate size bytes
    void *p;
    while ((p = malloc(size)) == 0)
        if (_callnewh(size) == 0)
        {
            // report no memory
            // 如果申请内存失败了，这里会抛出bad_alloc 类型异常
            static const std::bad_alloc nomem;
            _RAISE(nomem);
        }
    return (p);
}

/*operator delete: 该函数最终是通过free来释放空间的*/
void operator delete(void *pUserData)
{
    _CrtMemBlockHeader * pHead;

    RTCCALLBACK(_RTC_Free_hook, (pUserData, 0));

    if (pUserData == NULL)
    return;

    _mlock(_HEAP_LOCK); /* block other threads */
    __TRY

    /* get a pointer to memory block header */
    pHead = pHdr(pUserData);

    /* verify block type */
    _ASSERTE(_BLOCK_TYPE_IS_VALID(pHead->nBlockUse));

    _free_dbg( pUserData, pHead->nBlockUse );

    __FINALLY
    _munlock(_HEAP_LOCK); /* release other threads */
    __END_TRY_FINALLY

    return;
}

/*free的实现*/
#define free(p) _free_dbg(p, _NORMAL_BLOCK)

通过上述两个全局函数的实现知道，operator new其实也是通过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

5.new和delete的实现原理

5.1 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

5.2 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函数完成对N个对象空间的申请

2.在申请的空间上执行N此构造函数

~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

6.定位new表达式(placement-new)

定位new表达式是在已分配的原始内存空间中调用析构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用构造函数进行初始化

class A
{ 
public:
    A(int a = 0)
    : _a(a)
    {
        cout << "A():" << this << endl;
    }

    ~A()
    {
        cout << "~A():" << this << endl;
    }

private:
    int _a;
};

// 定位new/replacement new
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);
    A* p2 = (A*)operator new(sizeof(A));
    new(p2)A(10);
    p2->~A();
    operator delete(p2);
    return 0;
}