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C/C++之内存管理

news 来源：原创 2025/5/18 5:40:24

1. 内存分布

我们定义的变量对于电脑来说也叫数据，同时电脑也会把这些数据分为不同的类型，分别是局部数据，静态数据，全局数据，常量数据和动态申请数据。

在 C++ 中，各类数据存储位置如下：

• 局部数据：存于栈区，由编译器自动分配和释放，函数结束后数据销毁。

• 静态数据（static 修饰的局部变量）：存于静态存储区（全局区），程序启动时分配，结束时释放，生命周期贯穿程序运行。

• 全局数据：存于静态存储区（全局区），作用域为整个程序，程序运行期间一直存在。其中未初始化的全局变量存于BSS段，已初始化的存于数据段。

• 常量数据：存于常量区（只读数据段），不可修改，程序结束后释放。

• 动态申请数据（new/malloc分配）：存于堆区，需手动释放（delete/free），生命周期由程序员控制。

在上面这张图片中，各个变量可以分为以下这些类型：

• 局部数据：localVar 、num1 、char2 、pChar3 、ptr1 、ptr2 、ptr3 ，它们在函数 Test 内部定义，作用域局限于函数内，存储在栈区，函数执行完内存自动释放。

• 静态数据：函数内 staticVar ，以及函数外 staticGlobalVar 。staticVar 虽在函数内定义，但因 static 修饰存储在静态存储区（全局区），生命周期贯穿程序始终；staticGlobalVar 是全局静态变量，也存于静态存储区（全局区）。

• 全局数据：globalVar ，在函数外部定义，作用域为整个程序，存于静态存储区（全局区）。

• 常量数据：pChar3 指向的字符串 "abcd" ，字符串常量存于常量区（只读数据段），内容不可修改。

• 动态申请数据：ptr1 、ptr2 、ptr3 指向的内存空间 ，分别通过 malloc 、calloc 、realloc 函数在堆区动态分配内存，需手动调用 free 释放。

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

• malloc：从堆上分配指定字节数的连续内存空间，不对内存进行初始化 ，分配的内存中可能是垃圾值。例如 int *p = (int*)malloc(10 * sizeof(int)); 是分配能存放10个 int 类型数据的空间。

• calloc：在堆上分配指定数量、指定大小的内存空间，并且会将分配的内存空间全部初始化为0。如 int *q = (int*)calloc(5, sizeof(int)); 是分配5个 int 类型数据的空间并清零。

• realloc：用于调整已分配内存块的大小。可以扩大或缩小之前由 malloc、calloc 或 realloc 分配的内存块。若扩大内存，原内存内容会复制到新区域，新扩展部分值不确定；若缩小内存，原内存超出新大小部分会被截断。例如 int *r = (int*)realloc(p, 20 * sizeof(int)); 尝试将 p 指向的内存块大小调整为能存放20个 int 类型数据。
简单来说就是malloc和calloc都是开辟空间用的，区别是malloc不初始化，calloc初始化为0。

cealloc用于调整已经分配好的大小。

PS：虽然calloc会初始化，但是我们在使用的时候跟多的会使用malloc，因为比较方便。

free的话就是释放开辟的内存。

我们知道程序结束的时候使用未释放的内存会自动释放，那么我们为什么还要自己通过free来进行释放呢？这是因为很多大型的程序是长期开着的，所以如果我们每个进程都有一小段内存不释放的话，那整个程序就会越来越卡，所以说我们在一开始就要养成自己free的好习惯，当然后期我们会接触到一个叫智能指针的东西，通过编译器自己调用来释放资源。

3. c++内存管理方式：new/delete

C++通过new和delete操作符进行动态内存管理。

我们知道C++这门语言底层是通过C语言来进行的。所以我们的new和delete的底层实现也是malloc和free。

我们来看下面这个代码，这是使用new和delete的格式。

#include <iostream>
using namespace std;class A {...
};class B {...
};int main() {// 使用 new 创建单个对象A* ptrA = new A();  B* ptrB = new B();  // 使用 delete 释放单个对象delete ptrA;  delete ptrB;  // 使用 new 创建数组对象A* arrA = new A[3];  B* arrB = new B[2];  // 使用 delete[] 释放数组对象（注意 []）delete[] arrA;  delete[] arrB;  return 0;
}

PS1：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。

PS2：new如果失败的话编译器会抛异常的，所以我们也需要接收异常。

我个人认为new和delete的出现是为了类，因为我们如果使用malloc和free来对类进行创建和销毁的话，会比较麻烦。