這里的"動態(tài)內(nèi)存"包含以下兩個方面的內(nèi)容:
1.內(nèi)存,。這里的"內(nèi)存"指的是進程的虛擬內(nèi)存空間,。在Win32環(huán)境下,,每一個進程擁有獨立的,大小為4G(0x0000 0000 ~ 0xFFFF FFFF)的虛擬內(nèi)存空間。
2.動態(tài),。這里的"動態(tài)"指的是進程虛擬內(nèi)存空間中的動態(tài)內(nèi)存區(qū)域,。在一個進程的虛擬內(nèi)存空間中,只有動態(tài)內(nèi)存可以在運行是被應(yīng)用程序自由的分配/使用/釋放,。
在Win32環(huán)境下,,我們可以使用多種方式來分配/使用/釋放動態(tài)內(nèi)存,這些方式包括:
1.Win32 API. 這些API包括VirtualXXX(),,HeapXXX(),LocalAlloc(),GlobalAlloc(),。
2.C Run-Time Library.這些函數(shù)包括malloc(),free()。
3.C++提供的關(guān)鍵詞new和關(guān)鍵詞delete,。
有這么多的內(nèi)存分配方式,,我們在學(xué)習(xí)和實際項目中編碼過程中常常會為使用那種方式而感到迷惑。他們的內(nèi)部實現(xiàn)是否相同?他們之間有什么本質(zhì)的區(qū)別?他們各自的使用場合又是怎樣的? 本文試圖通過深入探究他們的本質(zhì),,為正確理解和使用他們提供一些依據(jù),。
首先,我們最好從全局的高度把握他們之間的關(guān)系,。這里有一張圖很好的描述了他們之間的層次關(guān)系:
這張圖給了我們一個全景,,僅從這張圖我們就可以清楚地看到他們之間的層次關(guān)系:
第一層:Win32 API作為系統(tǒng)的接口,提供了一組操作虛擬內(nèi)存的接口,;
第二層:Heap作為虛擬內(nèi)存的一部分,,Win32 API又提供了一組操作Heap內(nèi)存的接口,但是這些接口是建立在操作虛擬內(nèi)存的接口的基礎(chǔ)上,。
第三層:Windows平臺下的C Run-Time Library 又利用Heap API來實現(xiàn)malloc和free,。
由此我們可以看出,這些動態(tài)內(nèi)存操作方式之間存有單一的層次關(guān)系,,位于這個層次的最低層的是Virtual Memory API,,可以說這些方式都是建立在Virtual Memory API的基礎(chǔ)上。下面就從Virtual Memory API開始,,逐層分析他們之間的區(qū)別:
一.Virtual Memory API
作為Windows系統(tǒng)提供的最"核心"的對虛擬內(nèi)存操作的接口,,也作為其他幾種方式的基礎(chǔ),Virtual Memory API應(yīng)該在幾種方式中是最通用,,也是功能最強大的一種方式,。如果想對Virtual Memory API的使用深入的了解,可以參閱《Programming Application for Windows》(By Jeffrey Richter)
二.Heap Memory API
我們在學(xué)習(xí)進程內(nèi)存空間"映象"的時候,,也提到了"Heap"這個概念,,那個時候"Heap"指的是一段由應(yīng)用程序在運行時動態(tài)分配的內(nèi)存段(Segment),和其他的內(nèi)存段(代碼段,數(shù)據(jù)段,,棧段等)構(gòu)成了進程的內(nèi)存空間,。而這里的"Heap"指的是進程擁有的一種對象(Windows中有很多對象,例如WINDOW,,ICON,,BRUSH),當(dāng)我們創(chuàng)建一個Heap對象的時候,,我們就可以獲得這個對象的Handle,然后我們就可以使用這個handle來使用動態(tài)內(nèi)存,,最后銷毀這個對象。
三.LocalAlloc/GlobalAlloc
這兩個函數(shù)是Win16 API中遺留下來的兩個函數(shù),,Win32 API為了保持兼容性才包含了這兩個函數(shù),。這兩個函數(shù)內(nèi)部是通過Heap Memory API來操作一個"特殊"的Heap對象:進程的默認(rèn)堆對象。每一個進程在初始化的時候,,都會創(chuàng)建一個默認(rèn)的Heap對象,,在進程結(jié)束的時候銷毀這個默認(rèn)的Heap對象。LocalAlloc和GblobalAlloc的區(qū)別僅表現(xiàn)在Win16環(huán)境下,,在Win16環(huán)境下,,內(nèi)存的地址是通過段:段內(nèi)偏移量來獲取的,LocalAlloc()只能在同一段內(nèi)分配內(nèi)存,,而GlobalAlloc可以跨越段邊界訪問內(nèi)存,。 在Win32環(huán)境下內(nèi)存訪問不存在這樣的限制,所以他們表現(xiàn)出相同的功能,。由于Heap Memory API完全可以實現(xiàn)他們兩個的功能,,所以在Win32下不推薦使用這兩個函數(shù)。
四.malloc/free
這兩個函數(shù)是使用頻率最高的兩個函數(shù),,由于他們是標(biāo)準(zhǔn)C庫中的一部分,,所以具有極高的移植性。這里的"移植性"指的是使用他們的代碼可以在不同的平臺下編譯通過,,而不同的平臺下的C Run-Time Library的具體實現(xiàn)是平臺相關(guān)的,,在Windows平臺的C Run-Time Library中的malloc()和free()是通過調(diào)用Heap Memory API來實現(xiàn)的。值得注意的是C Run-Time Library擁有獨立的Heap對象,,我們知道,當(dāng)一個應(yīng)用程序初始化的時候,,首先被初始化的是C Run-Time Library,,然后才是應(yīng)用程序的入口函數(shù),而Heap對象就是在C Run-Time Library被初始化的時候被創(chuàng)建的,。對于動態(tài)鏈接的C Run-Time Library,運行庫只被初始化一次,,而對于靜態(tài)連接的運行庫,每鏈接一次就初始化一次,所以對于每個靜態(tài)鏈接的運行庫都擁有彼此不同的Heap 對象,。這樣在某種情況下就會出問題,,導(dǎo)致程序崩潰,例如一個應(yīng)用程序調(diào)用了多個DLL,除了一個DLL外,其他的DLL,,包括應(yīng)用程序本身動態(tài)連接運行庫,,這樣他們就使用同一個Heap對象。而有一個DLL使用靜態(tài)連接的運行庫,,它就擁有一個和其他DLL不同的Heap 對象,,當(dāng)在其他DLL中分配的內(nèi)存在這個DLL中釋放時,問題就出現(xiàn)了,。
五.關(guān)鍵詞new/關(guān)鍵詞delete
這兩個詞是C++內(nèi)置的關(guān)鍵詞(keyword),。當(dāng)C++編譯器看到關(guān)鍵詞new的時候,例如:
CMyObject* pObj = new CMyObject;
編譯器會執(zhí)行以下兩個任務(wù):
1,。在堆上動態(tài)分配必要的內(nèi)存,。這個任務(wù)是由編譯器提供的一個全局函數(shù)void* ::operator new(size_t)來完成的。值得注意的是任何一個類都可以重載這個全局函數(shù),。如果類重載了這個函數(shù)的化,,被類重載的那個會被調(diào)用。
2,。調(diào)用CMyClass的構(gòu)造函數(shù)來初始化剛剛生成的對象,。當(dāng)然如果分配的對象是C++中的基本數(shù)據(jù)類型則不會有構(gòu)造函數(shù)調(diào)用。
如果要深入全局函數(shù)void* ::operator new(size_t)的話,,我們會發(fā)現(xiàn),,它的具體實現(xiàn)是通過調(diào)用malloc來分配內(nèi)存的。
有了這樣的分析,,我們對這些動態(tài)內(nèi)存分配方式有了一個更高一級的認(rèn)識,,在我們的代碼中就可以正確使用他們。