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关于c++:C面试八股文如何在堆上和栈上分配一块内存

jiezi

某日二师兄加入 XXX 科技公司的 C ++ 工程师开发岗位 6 面：

面试官：如何在堆上申请一块内存?

二师兄：罕用的办法有 malloc，new 等。

面试官：两者有什么区别？

二师兄：malloc 是向操作系统申请一块内存，这块内存没有通过初始化，通常须要应用 memset 手动初始化。而 new 个别随同三个动作，向操作系统申请一块内存，并执行类型的默认构造函数，而后返回类的指针。

面试官：嗯，那你晓得 calloc 和 realloc 吗？

二师兄：calloc 比 malloc 多做了一步，就是把申请的内存初始化成 0。而 realloc 则能够扭转以后指针所指向的内存块的大小。

面试官：好的。那么你晓得这些 api/ 操作符失败会产生什么吗？

二师兄：malloc/calloc/realloc 失败会返回 NULL，而 new 失败则会抛出异样。

面试官：有没有让 new 失败不抛出异样的办法？

二师兄：如同有，然而我不记得了。。。

面试官：没关系。。。咱们都晓得 new 和 delete 成对呈现，new[] 和 delete[] 也是成对呈现，那么我想问，如果应用 new[] 创立的对象用 delete 开释了会产生什么？为什么？

二师兄：额。。。内存透露？对，会产生内存透露。因为内存没有被开释。

面试官：好的。咱们都晓得 C ++ 中的内存治理是一个比拟麻烦的事件，当初有个需要，须要在程序中记录被动申请的内存和被动开释的内存，以确保没有产生内存透露。有什么好的办法吗？

二师兄：能够重载 new 和 delete 运算符。

面试官：如何重载 new 和 delete 运算符？

二师兄：我得查一下材料，这个重载用的很少。。。

面试官：（笑）好吧，最初一个问题，咱们下面始终在探讨堆中的内存的调配和开释，请问一下，如果在栈上调配一块固定的内存？栈中的内存如何开释？

二师兄：额。。。（思考）应用 char[size] ? 应该不须要手动开释。

面试官：好的，回去等告诉吧。

对于二师兄的体现，小伙伴们能给打几分呢？咱们先看看二师兄在面试中体现不太好的中央：

面试官：有没有让 new 失败不抛出异样的办法？

在 C ++ 中咱们能够应用以下办法使得 new 运算符不抛出异样，

int* p = new (std::nothrow) int(42);
if(p == nullptr)
{// 调配失败}

这个个性须要 C ++11 反对。

再看下一个问题：

如果应用 new[] 创立的对象用 delete 开释了会产生什么？

肯定会产生内存透露吗？答案是，不肯定。这取决于类型 T。咱们先看第一种状况：

class Foo
{
public:
    Foo():num_(42){}
private:
    int num_;
};

Foo* pf = new Foo[1024];
delete pf;

当类型 T 没有治理资源时，delete pf 会把整个申请的 1024 个 Foo 所占用的内存全副归还给操作系统，此时并没有内存透露。再看下一种状况：

class Foo
{
public:
    Foo():num_(new int(42)){}
    ~Foo(){delete num_;}
private:
    int* num_;
};

Foo* pf = new Foo[1024];
delete pf;

此时会造成内存透露，起因很简略。在执行 delete[] 时，首先逆序执行每个元素的析构函数，而后再把整块内存归还给操作系统。而 delete 只会把内存还给操作系统，没有执行析构函数。当类没有资源须要治理时，执行与不执行析构函数都无关紧要，然而当类中须要治理资源时，析构函数的执行就至关重要了。

如何重载 new 和 delete 运算符？

#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <map>
struct MemoryInfo {
    size_t size;
    const char* file;
    int line;
};

std::map<void*, MemoryInfo> memoryMap;

void* operator new(size_t size, const char* file, int line) {void* ptr = std::malloc(size);
    memoryMap[ptr] = {size, file, line};
    return ptr;
}

void operator delete(void* ptr) noexcept {auto it = memoryMap.find(ptr);
    if (it != memoryMap.end()) {std::free(ptr);
        memoryMap.erase(it);
    }
}

#define new new(__FILE__, __LINE__)

int main() {int* p = new int(42);

    for (const auto& [ptr, info] : memoryMap) {
        std::cout << "Memory allocated at" << ptr << "with size" << info.size
                  << "in file" << info.file << "at line" << info.line << std::endl;
    }
    
    delete p;
    
    for (const auto& [ptr, info] : memoryMap) {
        std::cout << "Memory allocated at" << ptr << "with size" << info.size
                  << "in file" << info.file << "at line" << info.line << std::endl;
    }
    return 0;
}

最初一个问题：

如果在栈上调配一块固定的内存？栈中的内存如何开释？

应用 alloca，尽管简略，然而很多人可能都没有接触过：

int* p = (int*)alloca(4);
*p = 42;

栈上申请的内存不须要手动开释。留神，如果栈溢出，alloca 的行为时未定义的。

好了，今日份面试到这里就完结了，小伙伴们，对于明天二师兄的面试，能打几分呢？

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