這里的"動(dòng)態(tài)內(nèi)存"包含以下兩個(gè)方面的內(nèi)容：
1.內(nèi)存。這里的"內(nèi)存"指的是進(jìn)程的虛擬內(nèi)存空間。在Win32環(huán)境下，每一個(gè)進(jìn)程擁有獨(dú)立的,大小為4G(0x0000 0000 ~ 0xFFFF FFFF)的虛擬內(nèi)存空間。
2.動(dòng)態(tài)。這里的"動(dòng)態(tài)"指的是進(jìn)程虛擬內(nèi)存空間中的動(dòng)態(tài)內(nèi)存區(qū)域。在一個(gè)進(jìn)程的虛擬內(nèi)存空間中，只有動(dòng)態(tài)內(nèi)存可以在運(yùn)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(dòng)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?cè)趯W(xué)習(xí)和實(shí)際項(xiàng)目中編碼過程中常常會(huì)為使用那種方式而感到迷惑。他們的內(nèi)部實(shí)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(gè)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(tái)下的C Run-Time Library 又利用Heap API來實(shí)現(xiàn)malloc和free。
由此我們可以看出，這些動(dòng)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(gè)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(duì)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(qiáng)大的一種方式。如果想對(duì)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?cè)趯W(xué)習(xí)進(jìn)程內(nèi)存空間"映象"的時(shí)候，也提到了"Heap"這個(gè)概念，那個(gè)時(shí)候"Heap"指的是一段由應(yīng)用程序在運(yùn)行時(shí)動(dòng)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(jìn)程的內(nèi)存空間。而這里的"Heap"指的是進(jìn)程擁有的一種對(duì)象(Windows中有很多對(duì)象，例如WINDOW，ICON，BRUSH)，當(dāng)我們創(chuàng)建一個(gè)Heap對(duì)象的時(shí)候，我們就可以獲得這個(gè)對(duì)象的Handle,然后我們就可以使用這個(gè)handle來使用動(dòng)態(tài)內(nèi)存，最后銷毀這個(gè)對(duì)象。
三.LocalAlloc/GlobalAlloc
這兩個(gè)函數(shù)是Win16 API中遺留下來的兩個(gè)函數(shù)，Win32 API為了保持兼容性才包含了這兩個(gè)函數(shù)。這兩個(gè)函數(shù)內(nèi)部是通過Heap Memory API來操作一個(gè)"特殊"的Heap對(duì)象：進(jìn)程的默認(rèn)堆對(duì)象。每一個(gè)進(jìn)程在初始化的時(shí)候，都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)默認(rèn)的Heap對(duì)象，在進(jìn)程結(jié)束的時(shí)候銷毀這個(gè)默認(rèn)的Heap對(duì)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(shí)現(xiàn)他們兩個(gè)的功能，所以在Win32下不推薦使用這兩個(gè)函數(shù)。
四.malloc/free
這兩個(gè)函數(shù)是使用頻率最高的兩個(gè)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(tái)下編譯通過，而不同的平臺(tái)下的C Run-Time Library的具體實(shí)現(xiàn)是平臺(tái)相關(guān)的，在Windows平臺(tái)的C Run-Time Library中的malloc()和free()是通過調(diào)用Heap Memory API來實(shí)現(xiàn)的。值得注意的是C Run-Time Library擁有獨(dú)立的Heap對(duì)象，我們知道，當(dāng)一個(gè)應(yīng)用程序初始化的時(shí)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(duì)象就是在C Run-Time Library被初始化的時(shí)候被創(chuàng)建的。對(duì)于動(dòng)態(tài)鏈接的C Run-Time Library,運(yùn)行庫只被初始化一次，而對(duì)于靜態(tài)連接的運(yùn)行庫，每鏈接一次就初始化一次，所以對(duì)于每個(gè)靜態(tài)鏈接的運(yùn)行庫都擁有彼此不同的Heap 對(duì)象。這樣在某種情況下就會(huì)出問題，導(dǎo)致程序崩潰,例如一個(gè)應(yīng)用程序調(diào)用了多個(gè)DLL,除了一個(gè)DLL外，其他的DLL，包括應(yīng)用程序本身動(dòng)態(tài)連接運(yùn)行庫，這樣他們就使用同一個(gè)Heap對(duì)象。而有一個(gè)DLL使用靜態(tài)連接的運(yùn)行庫，它就擁有一個(gè)和其他DLL不同的Heap 對(duì)象，當(dāng)在其他DLL中分配的內(nèi)存在這個(gè)DLL中釋放時(shí)，問題就出現(xiàn)了。
五.關(guān)鍵詞new/關(guān)鍵詞delete
這兩個(gè)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(shí)候，例如：
編譯器會(huì)執(zhí)行以下兩個(gè)任務(wù)：
1。在堆上動(dòng)態(tài)分配必要的內(nèi)存。這個(gè)任務(wù)是由編譯器提供的一個(gè)全局函數(shù)void* ::operator new(size_t)來完成的。值得注意的是任何一個(gè)類都可以重載這個(gè)全局函數(shù)。如果類重載了這個(gè)函數(shù)的化，被類重載的那個(gè)會(huì)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(duì)象。當(dāng)然如果分配的對(duì)象是C++中的基本數(shù)據(jù)類型則不會(huì)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(huì)發(fā)現(xiàn)，它的具體實(shí)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(duì)這些動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配方式有了一個(gè)更高一級(jí)的認(rèn)識(shí)，在我們的代碼中就可以正確使用他們。
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