【C++】动态内存管理

C++中内存的分布情况

内核空间：操作系统相关的代码，用户不能直接访问。
栈（由上到下）：存储非静态局部变量、函数参数、返回值。
内存映射段：静态库，动态库。
堆（由下到上）：程序运行时动态内存分配，malloc，calloc，realloc，new，new[]申请的空间。
数据段：存储全局变量、静态数据。
代码段：可执行代码，只读常量。

内存函数的区别

相同点：

• 都是C语言的库函数，使用时都需要包含头文件
• 返回值都是void*，都需要进行强制类型转换
• 申请成功时返回空间的首地址，失败时返回NULL，所以使用时需要进行判空
• 都是从堆上申请空间，都需要使用free进行释放

不同点：
malloc:
- 返回值：void*，参数：n（需要申请空间的字节数）
calloc
- 返回值：void* ，参数：n，size（n：要申请空间的个数，size：单个元素类型的大小）
- 用calloc申请空间的总大小为number* size。
- calloc在申请空间时，默认对其区域进行初始化操作，默认初始化的值为0。
realloc
- 返回值：void*，参数：p，size（将p指向的空间调整到size字节）
注意：此时分为两种情况：
- 1、size<=oldsize(p空间原本大小)
直接将p空间缩小到size，返回p空间地址。
- 2、size>oldsize

• 大一点
  p空间后面的未使用的空间可以支持本次扩容，直接返回p空间地址
• 大许多
  p空间后面的剩余空间不支持本次扩容，需要进行：
  1、开辟新空间
  2、拷贝元素到新空间
  3、释放旧空间
  4、返回新空间的地址

管理操作

• new / delete 申请内置类型

void TestFunc()
{
	int* p1 = new int; //申请int类型的空间;
	int* p2 = new int(3); //申请一个int类型的空间并对其初始化为3;
	int* p3 = new int[3]; //申请3个int类型的空间，相当于申请int类型的数组
}

• 申请自定义类型

class Date
{
public:
	Date()
	{	
		cout<<"Date()构造函数"<<endl;
	}
	~Date()
	{
		cout<<"~Date()析构函数"<<endl;
	}
private: 
	int d;
};
void TestFunc()
{
	//malloc申请1个自定义类型的空间
	Date* p1 = (Date*)malloc(sizeof(Date));
	free(p1);
	//new申请一个自定义类型的空间
	Date* p2 = new Date;
	delete p2;
}

在申请空间上忙new申请的空间会调用构造函数，malloc只会申请出一个空间，delete会调用析构函数，free不会。

注意 ：在申请空间与释放空间时，new与delete，malloc与free必须成对出现。否则会出现错误。

new[]/delete[]

int* p1 = new int[10]; //申请10个int型空间
delete[] p1;
Date* p2 = new Date[10]; //申请10个自定义类型空间
delete[] p2; 

• new底层实现原理
  new申请空间会进行两步操作，第一步是申请空间，第二步为调用构造函数进行初始化操作。
• 第一步：申请空间，底层代码

void* operator new(size_t size)
{
	//底层调用malloc函数循环申请空间
	malloc循环申请空间；
	if(申请失败)
		提供空间不足的措施；----》或者直接抛出bad_alloc异常
	else
		直接退出；---》返回空间首地址
}

• 第二步：调用构造函数完成初始化操作。

• delete底层原理

void operator delete()。
第一步调用析构函数，释放对象中的资源
在释放对象资源结束前最后一句，调用free()函数，释放对象空间。
operator new 实际也是通过malloc来申请空间，如果malloc申请空间成功就直接返回，否则执行用户提供的空间不足应对措施，如果用户提供该措施就继续申请，否则就抛异常。operator delete最终是通过free来释放空间。

new[ ]底层原理

• void* operator new[](size_t size) 内部调用void* operator new(size_t size)函数。
• 调用operator new[]函数，在operator new[]中实际调用operator new函数完成对多个对象空间的申请。
• 在申请空间上执行多次构造函数。

delete[ ]底层原理

• void operator delete[]
• 调用多次析构函数，完成多个对象的资源清理工作。
• 执行operator delete[]释放空间，实际上是调用operator delete函数来释放空间。