【C/C++】——小白初步了解——内存管理

目录

1. C/C++内存分布

代码区（Code Segment）：

数据区（Data Segment）：

堆区（Heap）：

栈区（Stack）：

常量区（Constant Segment）：

2. C语言中动态内存管理方式

1.malloc(size_t size)：

2.calloc(size_t nmemb, size_t size)：

3.*realloc(void ptr, size_t size)：

4.*free(void ptr)：

3. C++中动态内存管理

1.new：

2.delete：

4. operator new与operator delete函数

5. new和delete的实现原理

6. 定位new表达式(placement-new)

7. 常见面试题

1.解释C++中new和malloc的区别

2.什么是内存泄漏？如何避免？

3.解释C++中的RAII（Resource Acquisition Is Initialization）

4.解释栈区和堆区的区别

5.如何实现自己的内存池？

1. C/C++内存分布

一个典型的C/C++程序在内存中的布局如下：

1. 代码区（Code Segment）：

   • 存储程序的机器指令，由编译器生成。
   • 该区域通常是只读的，以防止程序在运行时修改自身的指令。
   • 代码区在程序加载时被操作系统加载到内存中。

2. 数据区（Data Segment）：

   • 存储全局变量和静态变量，包括已初始化和未初始化的变量。
   • 数据区又分为两部分：
     • 已初始化数据区（Initialized Data Segment）： 存储程序中已初始化的全局变量和静态变量。
     • 未初始化数据区（Uninitialized Data Segment or BSS）： 存储未初始化的全局变量和静态变量，程序启动时这些变量会被初始化为0。

3. 堆区（Heap）：

   • 用于动态内存分配，大小不固定，可以在程序运行时动态地增长或缩小。
   • 由程序员手动管理内存的分配和释放。常用的函数有 malloc() 和 free()。
   • 堆区的内存分配效率较低，但灵活性高。

4. 栈区（Stack）：

   • 用于函数调用时的临时存储，包括函数的局部变量、参数和返回地址。
   • 栈区的内存由编译器自动分配和释放，具有后进先出的特点。
   • 栈区内存分配效率高，但大小有限，通常由操作系统决定。

5. 常量区（Constant Segment）：

   • 存储常量数据，如字符串字面量和常量变量。
   • 通常也是只读的，以保护常量数据不被修改。

2. C语言中动态内存管理方式

在C语言中，动态内存管理主要通过以下几个函数实现：

1.malloc(size_t size)：

• 功能：分配指定大小的字节，并返回一个指向这块内存的指针。

• 特点：分配的内存未初始化，内容是随机的。

• #include 
  #include 
  int main() {
      int *arr = (int *)malloc(10 * sizeof(int));
      if (arr == NULL) {
          printf("Memory allocation failed\n");
          return 1;
      }
      for (int i = 0; i  
  2.calloc(size_t nmemb, size_t size)：
   

• 功能：分配nmemb个元素，每个元素size字节，并初始化所有分配的字节为0。

• 特点：分配的内存被初始化为0，适合分配需要清零的数组。

• #include 
  #include 
  int main() {
      int *arr = (int *)calloc(10, sizeof(int));
      if (arr == NULL) {
          printf("Memory allocation failed\n");
          return 1;
      }
      for (int i = 0; i  
  3.*realloc(void ptr, size_t size)：
   

• 功能：调整之前分配的内存块的大小。

• 特点：如果新大小大于原大小，新分配的内存区域中的内容是不确定的；如果新大小小于原大小，超出的内容将被丢弃。

• #include 
  #include 
  int main() {
      int *arr = (int *)malloc(5 * sizeof(int));
      if (arr == NULL) {
          printf("Memory allocation failed\n");
          return 1;
      }
      for (int i = 0; i  
  4.*free(void ptr)：
   

• 功能：释放之前分配的内存块，使其可以重新分配。

• 特点：释放后，指针ptr不再指向有效的内存区域，应该将ptr置为NULL以防止野指针错误。

• #include 
  #include 
  int main() {
      int *arr = (int *)malloc(10 * sizeof(int));
      if (arr == NULL) {
          printf("Memory allocation failed\n");
          return 1;
      }
      free(arr);
      arr = NULL;
      return 0;
  }
  

  3. C++中动态内存管理

  在C++中，动态内存管理不仅可以使用C语言的函数（如malloc、calloc等），还提供了更高级的 new 和 delete 运算符：

• 1.new：

  • 功能：分配指定类型的内存，并调用该类型的构造函数。

  • 示例代码：

    #include 
    int main() {
        int *arr = new int[10];
        for (int i = 0; i