C/C++内存管理基础与面试

目录

• 1.C/C++内存分布
• 2.C语言中动态内存管理方式
• 3.C++中动态内存管理方式
• 3.1 对于内置类型
• 3.2 对于自定义类型
• 3.3 new的底层原理
• 4. 常见的面试题

1.C/C++内存分布

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（共享区）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，堆是可以上增长的。
4. 数据段（静态区）–存储全局数据和静态数据。
5. 代码段（常量区）–可执行的代码/只读常量。

下面看一段代码

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";
	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);
}
//globalVar静态区 staticGlobalVar静态区 staticVar静态区  localVar栈区
//num1栈区（是数组）  char2栈区（是数组，首元素地址）   *char2栈区（是首元素），注意：char2并不是常量字符串，"abcd"才是，而char2是将"abcd"拷贝了一份，在栈区
//pChar3栈区（是指针）  *pChar3常量区（是常量字符串）
//ptr1栈区（是指针） *ptr1堆区

2.C语言中动态内存管理方式

malloc/calloc/realloc 和 free

3.C++中动态内存管理方式

new，delete

3.1 对于内置类型

new/delete和malloc/free 针对内置类型没有任何差别，只是用法不一样

	// 申请一个10个int的数组
	int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);
	int* p2 = new int[10];// new/delete new[]/delete[]一定要匹配，否则可能会出错
	free(p1);
	delete[] p2;//这里不要忘了[]
	// 申请单个int对象
	int* p3 = (int*)malloc(sizeof(int));
	int* p4 = new int;
	free(p3);
	delete p4;

3.2 对于自定义类型

对于自定义类型，new和delete会开辟空间+初始化，析构+释放空间

malloc/free只开辟空间，释放空间

struct ListNode
{
	ListNode* _next;
	ListNode* _prev;
	int _val;
	ListNode(int val = 0): _next(nullptr), _prev(nullptr), _val(val)
		cout << "ListNode(int val = 0)" << endl;
	}
	~ListNode()
	{
		cout << "~ListNode()" << endl;}
};
int main()
{
	 //C malloc只是开空间 free释放空间
	struct ListNode* n1 = (struct ListNode*)malloc(sizeof(struct ListNode));
	free(n1);
	 //C++ new 针对自定义类型，开空间+构造函数初始化
	 //delete 针对自定义类型，析构函数清理 + 释放空间
	ListNode* n2 = new ListNode(5);   // -> 相当于c语言中BuyListNode(5) 
	delete n2;
	//申请数组
	struct ListNode* arr3 = (struct ListNode*)malloc(sizeof(struct ListNode)*4);
	free(arr3);
	ListNode* arr4 = new ListNode[4]{1,2,3,4};//数组初始化可以用{}
	delete[] arr4;
	//那么，new内置类型的时候也可以进行初始化
	//int* p1 = new int(0);
	//int* p2 = new int[4]{ 1, 2, 3, 4 };
}

3.3 new的底层原理

new = operator new（库函数） + 构造函数

operator new = malloc + 失败抛异常机制

其实operator new和malloc用法是完全一样的，功能都是在堆上申请释放空间，只是失败了处理方式不一样，malloc失败返回NULL，operator new失败以后抛异常

4. 常见的面试题

• （1）malloc和new的区别

相同点：都是从堆上申请空间，并且需要用户手动释放。

区别：

1. malloc和free是函数，new和delete是操作符
2. malloc申请的空间不会初始化，new可以初始化
3. malloc申请空间时，需要手动计算空间大小并传递，new只需在其后跟上空间的类型即可
4. malloc的返回值为void*, 在使用时必须强转，new不需要，因为new后跟的是空间的类型
5. malloc申请空间失败时，返回的是NULL，因此使用时必须判空，new不需要，但是new需要捕获异常
6. 申请自定义类型对象时，malloc / free只会开辟空间，不会调用构造函数与析构函数，而new在申请空间后会调用构造函数完成对象的初始化，delete在释放空间前会调用析构函数完成空间中资源的清理

• （2）malloc/new最大能申请多大的空间？如何malloc出4G的空间？

32位下面，最多2G左右； 在64位下面申请

• （3）内存泄漏

1）什么是内存泄漏，内存泄漏的危害？

• 什么是内存泄漏：内存泄漏指因为疏忽或错误造成程序未能释放已经不再使用的内存的情况。内存泄漏并不 是指内存在物理上的消失，而是应用程序分配某段内存后，因为设计错误，失去了对该段内存的控制，因而 造成了内存的浪费。
• 内存泄漏的危害：长期运行的程序出现内存泄漏，影响很大，如操作系统、后台服务等等，出现内存泄漏会导致响应越来越慢，最终卡死。

2）如何避免内存泄漏

1. 工程前期良好的设计规范，养成良好的编码规范，申请的内存空间记着匹配的去释放。ps：这个理想状态。但是如果碰上异常时，就算注意释放了，还是可能会出问题。需要下一条智能指针来管理才有保证。
2. 采用RAII思想或者智能指针来管理资源。
3. 有些公司内部规范使用内部实现的私有内存管理库。这套库自带内存泄漏检测的功能选项。
4. 出问题了使用内存泄漏工具检测。ps：不过很多工具都不够靠谱，或者收费昂贵。

总结一下 : 内存泄漏非常常见，解决方案分为两种：

1 、事前预防型。如智能指针等。

2 、事后查错型。如泄漏检测工具。