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C/C++内存分布

news 来源：原创 2025/5/19 1:49:25

文章目录

一、C/C++内存分布

二、C语言中动态内存管理方式：动态内存管理-CSDN博客

三、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

四、operator new与operator delete函数

五、new 和 delete 的实现原理

　　5.1 内置类型

　　5.2 自定义类型

六、malloc/free和new/delete的区别

一、C/C++内存分布

栈区（stack）：在执⾏函数时，函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建，函数执⾏结束时这些存储单元⾃动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率很⾼，但是分配的内存容量有限。栈区主要存放运⾏函数⽽分配的局部变量、函数参数、返回数据、返回地址等。
堆区（heap）：⼀般由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收。分配⽅式类似于链表。
数据段（静态区）：（static）存放全局变量、静态数据。程序结束后由系统释放。
代码段：存放函数体（类成员函数和全局函数）的⼆进制代码。

我们先来看下面的一段代码和相关问题：

#include<iostream>

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);
}

globalVar 存放在数据段（静态区）；
staticGlobalVar 存放在数据段（静态区）；
staticVar 存放在数据段（静态区）；
localVar 存放在栈区；
num1 存放在栈区；
char2 存放在栈区；
* char2 指的是首元素的地址，而 char2 是在栈上的数组，所以存放在栈区；
pChar3 是局部的指针，存的是 “a,b,c,d\0” 这个常量字符串的首元素地址，存放在栈区；
* pChar3 是对其解引用，结果就是 “a,b,c,d,\0” 这个常量字符串，存放在代码段；
ptr1 是局部的指针,存的是开辟的空间的首元素地址，存放在栈区；
*ptr1 是对其解引用，存的就是开辟的空间，存放在堆区；

二、C语言中动态内存管理方式：动态内存管理-CSDN博客

三、C++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n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：匹配起来使用。

3.2 new 和 delete 操作自定义类型

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

#include<iostream>
using namespace std;

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

	int main()
	{

		// 只申请空间
		A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));

		// 申请空间+构造函数
		A* p2 = new A(1);

		// 只释放空间
		free(p1);

		// 析构函数 + 释放空间
		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;

		// 只申请空间
		A* p5 = (A*)malloc(sizeof(A) * 10);

		// 申请空间+10次构造函数
		A* p6 = new A[10];
		free(p5);

		// 10次析构函数 + 释放空间
		delete[] p6;
		return 0;
	}

四、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。

	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)

operator new 实际也是通过 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 。

五、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 N 个对

象空间的申请

2. 在申请的空间上执行 N 次构造函数

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

六、malloc/free和new/delete的区别

malloc/free 和 new/delete 的共同点是：都是从堆上申请空间，并且需要用户手动释放。不同的地

方是：

malloc和free是函数，new和delete是操作符
malloc申请的空间不会初始化，new可以初始化
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，如果是多个对象，[]中指定对象个数即可
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
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
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释放