C/C++内存管理

一、C/C++内存分布

说明：
1.栈（堆栈）：非静态局部变量/函数参数/返回值，栈是向下增长的。
2.内存映射段：高效的I/O映射方式，用于装载一个共享的动态内存库，用户可以使用系统创建共享内存，做进程间通信。
3.堆：用于程序运行时动态内存分配，堆是向上增长的。
4.数据段：存储全局数据和静态数据。
5.代码段：可执行的代码/只读常量。
二、C语言动态内存管理方式
（一）malloc/calloc/realloc和free
1.相同点：
（1）从堆上申请空间，必须手动释放。
（2）函数返回类型为void*，申请成功返回首地址，失败返回NULL。
（3）对于三个函数申请的空间，使用之前需要判空。
2.不同点：
（1）malloc：
函数原型：void* malloc(size_t size);
说明：malloc函数有一个参数，即要分配的内存空间的大小。malloc不能初始化所分配的内存空间，但是calloc可以。由于malloc分配的内存空间原来没有被使用过，则其中每一位可能都是0，但是如果这部分内存曾经被使用过，在其中可能有各种各样的数据。
（2）calloc：
函数原型：void* calloc(size_t num,size_t size);
说明：calloc函数将分配的内存空间的每一位初始化为0，也就是说如果为字符型或者数据类型的元素分配内存空间，那么这些元素将被初始化为0，如果是为指针类型的元素分配内存空间，那么这些元素会被初始化为空指针。
（3）realloc：
函数原型：void* realloc(void* memblock,size_t size)
说明：realloc函数是给一个已经分配了内存的地址指针重新分配空间，参数包括原有的空间地址和重新申请的地址长度。
三、C++内存管理方式

class A
{
public:
	A(int v)
		:_var(v)
	{
		fopen_s((&file), "test", "r");
	}

	~A()
	{
		fclose(file);
	}

private:
	int _var;
	FILE *file;//4个字节
};

int main()
{
	class A *pA = new A(10);
	return 0;
}

执行以上代码会发生什么？先跳到反汇编看看
在这里插入图片描述

我们看到了operator new，其实与之相对应的还有operator delete，他们的原型分别为：

void* operator new(size_t);
void* operator delete(void*);

其实它们的作用和C中的malloc和free有点像，就是用来申请和释放内存的，并且operator new申请内存之后不会对内存进行初始化，而是返回申请内存的指针。
（一）new/delete：
1.new背后实现机制（大致分为以下三步）：
（1）首先调用上面的operator new标准库函数，传入的参数为class A的大小，这里为8个字节，这样函数的返回的是分配内存的起始地址。
（2）上面分配的内存是未初始化的，也是未类型化的，第二步就是在这一块原始的内存上对类对象进行初始化，调用的是相应的构造函数，这里调用的是A(10)；这个函数，从图中可以看到这块申请的内存进行了初始化，var = 10，file指向打开的文件。
（3）最后一步就是返回新分配并构造好的对象的指针，这里pA指向这块内存，pA的类型为类A对象的指针。
2.delete背后实现机制（大致分为两步）：
（1）调用pA指向对象的析构函数，对打开的文件进行关闭。
（2）通过上面提到的标准库函数operator delete来释放该对象的内存，传入函数的参数为pA的值。即之前返回的地址。
总结： new和delete是用户进行动态内存申请和释放的操作符，operator new和operator delete是系统提供的全局函数，new在底层调用operator new全局函数来申请空间，delete在底层调用operator delete全局函数来释放空间。
operator new：该函数是通过malloc来申请空间，当malloc申请空间成功是直接返回；申请空间失败，尝试执行空间不足应对措施，如果该应对措施用户设置了，则继续申请，否则抛异常。
operator delete：该函数最终是通过free来释放空间的。
四、malloc/free和new/delete的区别
（一）相同点：
1.malloc/free和new/delete都是从堆上申请空间，并且需要用户手动释放。
（二）不同点：
1.malloc和free是函数，new和delete是操作符。
2.malloc申请的空间不能初始化，new申请的空间可以初始化。
3.malloc申请空间的时候需要传递空间大小参数，new只需要加上空间的类型。
4.malloc申请空间需要强转，new不需要。
5.malloc申请空间失败返回NULL，所以使用时需要判空，而new不需要，但是需要捕获异常。
6.malloc/free只能申请内置类型的空间，不能申请自定义类型的空间，因为其不会调用构造函数与析构函数，而new可以，new在申请空间后会调用构造函数完成对对象的构造，delete在释放空间时会调用析构函数，完成空间中资源的清理。
7.malloc申请的空间一定在堆上，而new不一定，因为operator new函数可以重新实现。
8.new/delete比malloc/free的效率低一些，因为new/delete底层封装了malloc/free。