C++内存分配new和delete的使用、内存的五个区

向右看齐 2022-12-14 03:58 161阅读 0赞

### 目录 ###

*  动态分配内存
 *   *  一、new、delete用法
     *  二，分配内存失败
     *  三、使用注意事项
 *  C++在程序执行的时候将内存分为五个区：
 *   *  1、栈区（stack）
     *  2、堆区（heap）
     *  3、全局区（静态区）（static）
     *  4、文字常量区
     *  5、程序代码区
     *  申请大小的限制
     *  堆和栈的区别

数组声明有一个限制：被声明的长度必须是编译时常量，即在程序运行之前，编译器必须能在编译时确定长度，这意味着只限于用常量如数字字面量、enum值和用\#define指令创建的常量。

# 动态分配内存 #

## 一、new、delete用法 ##

**1.开辟单变量地址空间**  
使用new运算符时必须已知数据类型，new运算符会向系统**堆**区申请足够的存储空间，如果申请成功，就返回该**内存块的首地址**。  
new运算符返回的是一个指向所分配类型变量（对象）的指针。对所创建的变量或对象，都是通过该指针来间接操作的，而动态创建的对象本身没有标识符名。  
**一般使用格式：**

*  格式1：指针变量名=new 类型标识符；
 *  格式2：指针变量名=new 类型标识符（初始值）；
 *  格式3：指针变量名=new 类型标识符 \[内存单元个数\]；

说明：格式1和格式2都是申请分配**某一数据类型**所占字节数的内存空间；但是格式2在内存分配成功后，同时将一初值存放到该内存单元中；而格式3可同时分配若干个内存单元，相当于形成一个**动态数组**。例如：

1)new int;  //开辟一个存放整数的存储空间,返回一个指向该存储空间的地址。
    	int *a = new int 即为将一个int类型的地址赋值给整型指针a
    2)int *a = new int(5) 作用同上,但是同时将整数空间赋值为5

**2.开辟数组空间**

对于数组进行动态分配的格式为：

> 指针变量名=new 类型名\[下标表达式\];  
> delete \[ \] 指向该数组的指针变量名;

两式中的**方括号**是非常重要的，两者必须配对使用，如果delete语句中少了方括号，因编译器认为该指针是指向数组第一个元素的指针，会产生回收不彻底的问题（**只回收了第一个元素所占空间**），加了方括号后就转化为指向数组的指针，回收整个数组。

delete \[\]的方括号中**不需要填数组元素数**，系统自知。即使写了，编译器也忽略。

请注意“下标表达式”不必是常量表达式，即它的值不必在编译时确定，可以在运行时确定。

一维: int *a = new int[100];    //开辟一个大小为100的整型数组空间
    
    //可使用跟在数组长度后面的一对空圆括号，但是空括号里不能放任何数字，对数组元素作值初始化：
    int *pis = new int[10]();  //数组元素都设置为0
    
    二维: int **a = new int[5][6]
    三维及其以上:依此类推.
    一般用法: new 类型 （初值）

1.  删除单变量地址空间
    
        int *a = new int;
        
        delete a;   //释放单个int的空间
2.  删除数组空间  
    int \*a = new int\[5\];  
    delete \[\]a; //释放int数组空间

## 二，分配内存失败 ##

当内存不够会出现内存不足的情况。C++提供了两中报告方式：

> 1、抛出bad\_alloc异常来报告分配失败；  
> 2、返回空指针，而不会抛出异常。

老的编译器里，new 如果分配内存失败，是不抛出异常的（因为早期 C++ 还没加入异常机制），而是和 malloc 一样，返回空指针。VC++6.0中当new分配内存失败时**会返回空指针**，而不会抛出异常。而gcc的编译器对于C++标准支持比较好，所以当new分配内存失败时会抛出异常。

//空指针处理
    int* p = new int(5);
    if ( p == 0 ) // 检查 p 是否空指针
        return -1;
    //异常处理
    try {
        
          int* p = new int(5);
            // 其它代码
    } catch ( const bad_alloc& e ) {
        
          return -1;
    }

当然，标准 C++ 亦提供了一个方法来抑制 new 抛出异常，而返回空指针：

int* p = new (std::nothrow) int; // 这样如果 new 失败了，就不会抛出异常，而是返回空指针
    if ( p == 0 ) // 如此这般，这个判断就有意义了
       return -1;
    // 其它代码

## 三、使用注意事项 ##

1.  new 和delete都是内建的操作符，语言本身所固定了，无法重新定制，想要定制new和delete的行为，徒劳无功的行为。
2.  动态分配失败，则返回一个空指针（NULL或nullptr），表示发生了异常，堆资源不足，分配失败。
3.  指针删除与堆空间释放。删除一个指针p（delete p;）实际意思是删除了p所指的目标（变量或对象等），释放了它所占的堆空间，而不是删除p本身（指针p本身并没有撤销，它自己仍然存在，该指针所占内存空间并未释放），释放堆空间后，ｐ成了空指针。
4.  内存泄漏（memory leak）和重复释放。new与delete 是**配对使用**的， delete只能释放堆空间。如果new返回的指针值丢失，则所分配的堆空间无法回收，称内存泄漏，同一空间重复释放也是危险的，因为该空间可能已另分配，所以必须妥善保存new返回的指针，以保证不发生内存泄漏，也必须保证不会重复释放堆内存空间。
5.  动态分配的变量或对象的生命期。我们也称堆空间为自由空间（free store），但必须记住释放该对象所占堆空间，并只能释放一次，在函数内建立，而在函数外释放，往往会出错。
6.  要访问new所开辟的结构体空间,无法直接通过变量名进行,只能通过赋值的指针进行访问。用new和delete可以动态开辟和撤销地址空间。在编程序时,若用完一个变量(一般是暂时存储的数据),下次需要再用,但却又想省去重新初始化的功夫，可以在每次开始使用时开辟一个空间，在用完后撤销它。

# C++在程序执行的时候将内存分为五个区： #

## 1、栈区（stack） ##

由编译器自动分配释放 ，存放**函数的参数值**，**局部变量**的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。 栈大小与编译器有关。默认情况下，visual studio 2010 的栈大小为**1M**。但在平时应用程序中，由于函数会使用栈结果，所以只能用略小于1M大小的栈。  
对于64位和32位程序，结果都是一样的，因为VS2010已经设定好了默认的栈大小了。

## 2、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 。注意它与数据结构中的堆是两回事，分配方式倒是类似于链表。 对于Heap来说，与程序是32位还是64位，以及编译器都有关。在VS2010的默认情况下，32位程序可以申请的堆大小最大是2G。实际上只能小于2G。而64位程序，如果没有虚拟内存（硬盘）的支持，则可以使用128G的内存（比如说，你有8G内存，就可以使用8G内存）。而如果你把虚拟内存开启，则可以理论上得到16TB的内存使用大小

## 3、全局区（静态区）（static） ##

**全局变量**和**静态变量**的存储是放在一块的，初始化的全局变量和静态变量在一块区域， 未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。 程序结束后有系统释放 .对于全局变量来说，与编译器有关（不保证正确）,默认情况下，VS2010可容纳的全局变量数组大小是2G。由于程序本身的应用，所以只能使用小于2G大小。

## 4、文字常量区 ##

**常量字符串**就是放在这里的。 程序结束后由系统释放

## 5、程序代码区 ##

存放函数体的二进制代码。

## 申请大小的限制 ##

栈：在Windows下,栈是向低地址扩展的数据结构，是一块连续的内存的区域。这句话的意思是栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的，在WINDOWS下，栈的大小是**2M**（也有的说是1M，总之是一个编译时就确定的常数），如果申请的空间超过栈的剩余空间时，将提示overflow。因此，能从栈获得的空间较小。  
堆：堆是向高地址扩展的数据结构，是不连续的内存区域。这是由于系统是用链表来存储的空闲内存地址的，自然是不连续的，而链表的遍历方向是由低地址向高地址。堆的大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存。由此可见，堆获得的空间比较灵活，也比较大。  
栈是系统提供的功能，特点**是快速高效**，缺点是有限制，**数据不灵活**；  
而堆是函数库提供的功能，特点是**灵活方便**，数据适应面广泛，但是**效率有一定降低**。

## 堆和栈的区别 ##

**主要的区别由以下几点：**  
1、管理方式不同；  
2、空间大小不同；  
3、能否产生碎片不同；  
4、生长方向不同；  
5、分配方式不同；  
6、分配效率不同；

**管理方式**：对于栈来讲，是由编译器自动管理，无需我们手工控制；对于堆来说，释放工作由程序员控制，容易产生memory leak。  
**空间大小**：一般来讲在32位系统下，堆内存可以达到4G的空间，从这个角度来看堆内存几乎是没有什么限制的。但是对于栈来讲，一般都是有一定的空间大小的，例如，在VC6下面，默认的栈空间大小是1M。当然，我们可以修改：  
**碎片问题**：对于堆来讲，频繁的new/delete势必会造成内存空间的不连续，从而造成大量的碎片，使程序效率降低。对于栈来讲，则不会存在这个问题，因为栈是先进后出的队列，他们是如此的一一对应，以至于永远都不可能有一个内存块从栈中间弹出，在他弹出之前，在他上面的后进的栈内容已经被弹出，详细的可以参考数据结构，这里我们就不再一一讨论了。  
**生长方向**：对于堆来讲，生长方向是向上的，也就是向着内存地址增加的方向；对于栈来讲，它的生长方向是向下的，是向着内存地址减小的方向增长。  
**分配方式**：堆都是动态分配的，没有静态分配的堆。栈有2种分配方式：静态分配和动态分配。静态分配是编译器完成的，比如局部变量的分配。动态分配由alloca函数进行分配，但是栈的动态分配和堆是不同的，他的动态分配是由编译器进行释放，无需我们手工实现。  
**分配效率**：栈是机器系统提供的数据结构，计算机会在底层对栈提供支持：分配专门的寄存器存放栈的地址，压栈出栈都有专门的指令执行，这就决定了栈的效率比较高。堆则是C/C++函数库提供的，它的机制是很复杂的，例如为了分配一块内存，库函数会按照一定的算法（具体的算法可以参考数据结构/操作系统）在堆内存中搜索可用的足够大小的空间，如果没有足够大小的空间（可能是由于内存碎片太多），就有可能调用系统功能去增加程序数据段的内存空间，这样就有机会分到足够大小的内存，然后进行返回。显然，堆的效率比栈要低得多。