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2.operator new与operator delete函数
1.C/C++内存
C/C++程序内存分配的几个区域：
栈区（stack）：在执行函数时，函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建，函数执行结束时这些存储单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率很高，但是分配的内存容量有限。 栈区主要存放运行函数而分配的局部变量、函数参数、返回数据、返回地址等。
内存映射段是高效的I/O映射方式，用于装载一个共享的动态内存库。用户可使用系统接口创建共享共享内存，做进程间通信。
堆区：一般由程序员分配释放， 若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收 。分配方式类似于链表。
数据段（静态区）存放全局变量、静态数据。程序结束后由系统释放。
代码段：存放函数体（类成员函数和全局函数）的二进制代码。
那下面给大家放一段代码
int globalVar = 1;
static int staticGlobalVar = 1;
void Test()
{
static int staticVar = 1;
int localVar = 1;
int num1[10] = { 1, 2, 3, 4 };
char char2[] = "abcd";
const char* pChar3 = "abcd";
int* ptr1 = (int*)malloc(sizeof(int) * 4);
int* ptr2 = (int*)calloc(4, sizeof(int));
int* ptr3 = (int*)realloc(ptr2, sizeof(int) * 4);
free(ptr1);
free(ptr3);
}请回答
1. 选择题：
选项: A.栈 B.堆 C.数据段 D.代码段
globalVar在哪里？__C__ staticGlobalVar在哪里？__C__
staticVar在哪里？__C__ localVar在哪里？__A__
num1 在哪里？__A__
char2在哪里？__A__ *char2在哪里？__A__
pChar3在哪里？__A__ *pChar3在哪里？__D__
ptr1在哪里？__A__ *ptr1在哪里？__B__
2. 填空题：
sizeof(num1) = __40__;
sizeof(char2) = __5__; strlen(char2) = __4__;
sizeof(pChar3) = __4/8__; strlen(pChar3) = __4__;
sizeof(ptr1) = __4/8__;内存管理面试题
C语言的内存管理之前已经有见过。这里我们做两个面试题回忆一下。
【面试题】1：malloc/calloc/realloc的区别
1.函数malloc不能初始化所分配的内存空间,而函数calloc能.如果由malloc()函数分配的内存空间原来没有被使用过，则其中的每一位可能都是0;反之, 如果这部分内存曾经被分配过,则其中可能遗留有各种各样的数据.也就是说，使用malloc()函数的程序开始时(内存空间还没有被重新分配)能正常进行,但经过一段时间(内存空间还已经被重新分配)可能会出现问题.
2.函数calloc() 会将所分配的内存空间中的每一位都初始化为零,也就是说,如果你是为字符类型或整数类型的元素分配内存,那么这些元素将保证会被初始化为0;如果你是为指针类型的元素分配内存,那么这些元素通常会被初始化为空指针;
3.函数malloc向系统申请分配指定size个字节的内存空间.返回类型是 void类型.void表示未确定类型的指针.C,C++规定，void* 类型可以强制转换为任何其它类型的指针.
4.realloc可以对给定的指针所指的空间进行扩大或者缩小，无论是扩张或是缩小，原有内存的中内容将保持不变.当然，对于缩小，则被缩小的那一部分的内容会丢失.realloc并不保证调整后的内存空间和原来的内存空间保持同一内存地址.相反，realloc返回的指针很可能指向一个新的地址.
5.realloc是从堆上分配内存的.当扩大一块内存空间时，realloc()试图直接从堆上现存的数据后面的那些字节中获得附加的字节，如果能够满足，此时即原地扩容；如果数据后面的字节不够，那么就使用堆上第一个有足够大小的自由块，现存的数据然后就被拷贝至新的位置，而老块则放回到堆上.这句话传递的一个重要的信息就是数据可能被移动，即异地扩容。
C++内存管理方式
C语言内存管理方式在C++中可以继续使用，但有些地方就无能为力而且使用起来比较麻烦，因此C++又提出了自己的内存管理方式：通过new和delete操作符进行动态内存管理
new / delete 操作内置类型
void Test()
{
// new一个int类型的空间
int* ptr4 = new int;
// new一个int类型的空间并初始化为10
int* ptr5 = new int(10);
// new10个int类型的空间
int* ptr6 = new int[10];
// new10个int类型的空间并初始化
int* ptr7 = new int[10]{ 10,9,8,7,6,5 }; //跟数组的初始化很像，大括号有几个，初始化几个，其余为0。不过C++11才支持的语法
delete ptr4;
delete ptr5;
delete[] ptr6;
delete[] ptr7;
}这里我们看一段代码
注意：申请和释放单个元素的空间，使用new和delete操作符，申请和释放连续的空间，使用new[ ]和delete[ ]
总结：对于内置类型而言，用malloc和new，除了用法不同，没有什么区别。它们的区别在于自定义类型
new / delete 操作自定义类型
在申请自定义类型的空间时，new会调用构造函数，delete会调用析构函数，而malloc与free不会。
可以看到，new和delete在面对自定义类型时能额外去做到初始化。
但是还有一个点，使用fmalloc如若开辟内存失败，会返回空指针，但是new失败会抛异常。
int main()
{
//malloc失败，返回空指针
int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);
assert(p1); //malloc出来的p1需要检查合法性
//new失败，抛异常
int* p2 = new int;
//new出来的p2不需要检查合法性
}
如图，我试图去占据一个g的空间，但是申请失败了，new直接报异常。
2.operator new与operator delete函数
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在底层通过operator delete全局函数来释放空间。
注意：operator new和operator delete不是对new和delete的重载，这是俩库函数。
/*
operator new：该函数实际通过malloc来申请空间，当malloc申请空间成功时直接返回；申请空间失败，
尝试执行空 间不足应对措施，如果改应对措施用户设置了，则继续申请，否则抛异常。
*/
void* __CRTDECL operator new(size_t size) _THROW1(_STD bad_alloc)
{
// try to allocate size bytes
void* p;
while ((p = malloc(size)) == 0)
if (_callnewh(size) == 0)
{
// report no memory
// 如果申请内存失败了，这里会抛出bad_alloc 类型异常
static const std::bad_alloc nomem;
_RAISE(nomem);
}
return (p);
}
/*
operator delete: 该函数最终是通过free来释放空间的
*/
void operator delete(void* pUserData)
{
_CrtMemBlockHeader* pHead;
RTCCALLBACK(_RTC_Free_hook, (pUserData, 0));
if (pUserData == NULL)
return;
_mlock(_HEAP_LOCK); /* block other threads */
__TRY
/* get a pointer to memory block header */
pHead = pHdr(pUserData);
/* verify block type */
_ASSERTE(_BLOCK_TYPE_IS_VALID(pHead->nBlockUse));
_free_dbg(pUserData, pHead->nBlockUse);
__FINALLY
_munlock(_HEAP_LOCK); /* release other threads */
__END_TRY_FINALLY
return;
}
/*
free的实现
*/
#define free(p) _free_dbg(p, _NORMAL_BLOCK)
operator new：该函数实际通过malloc来申请空间，当malloc申请空间成功时直接返回；申请空间失败，尝试执行空间不足应对措施，如果改应对措施用户设置了，则继续申请，否则抛异常。operator new本质是封装了malloc。operator delete本质是封装了free。
operator new和operator delete的功能和malloc、free一样。也不会去调用构造函数和析构函数，不过还是有区别的，1、operator new不需要检查开辟空间的合法性。2、operator new开辟空间失败就抛异常。
接下来我们就来看一下这两个的底层实行逻辑。
Stack* ps3 = new Stack;
new的底层原理：转换成调用operator new + 构造函数
delete ps3;
delete的底层原理：转换成调用operator delete + 析构函数我们这里用反汇编验证一下：
拓展：
为了避免有些情况下我们反复的向堆申请释放空间，于是产生池化技术（内存池），直接找内存池申请释放空间，此时效率更高更快。以后会详细讲解到池化技术，这里简要了解。而上述这俩的类专属重载就是在new调用operator new的时候就可以走内存池的机制从而提高效率。
3.new和delete的实现原理
3.1内置类型
如果申请的是内置类型的空间，new和malloc，delete和free基本类似，不同的地方是：new/delete申请和释放的是单个元素的空间，new[]和delete[]申请的是连续空间，而且new在申请空间失败时会抛异常，malloc会返回NULL。
3.2自定义类型
new的原理
1.调用operator new函数申请空间
2.在申请的空间上执行构造函数，完成对象的构造
delete的原理
1.在空间上执行析构函数，完成对象中资源的清理工作
2.调用operator delete函数释放对象的空间
new T[N]的原理
1.调用operator new[]函数，在operator new[]中实际调用operator new函数完成N个对象空间的申请
2.在申请的空间上执行N次构造函数
delete[ ]的原理1.在释放的对象空间上执行N次析构函数，完成N个对象中资源的清理
2.调用operator delete[]释放空间，实际在operator delete[]中调用operator delete来释放空间
4.定位new表达式(placement-new)
定位new表达式是在已分配的原始内存空间中调用构造函数初始化一个对象。
使用格式：new (place_address) type或者new (place_address) type(initializer-list)place_address必须是一个指针，initializer-list是类型的初始化列表
使用场景：
定位new表达式在实际中一般是配合内存池使用。因为内存池分配出的内存没有初始化，所以如果是自定义类型的对象，需要使用new的定义表达式进行显示调构造函数进行初始化。class Test { public: Test(int date = 2) : _data(date) { cout << "Test():" << this << endl; } ~Test() { cout << "~Test():" << this << endl; } private: int _data; }; int main() { // pt现在指向的只不过是与Test对象相同大小的一段空间，还不能算是一个对象，因为构造函数没有执行 Test* pt1 = (Test*)operator new(sizeof(Test)); //new (place_address) type new(pt1)Test; // 注意：如果Test类的构造函数有参数时，此处需要传参 //释放空间delete的过程：析构+operator = new pt1->~Test(); operator delete(pt1); //new(place_address) type(initializer - list) Test* pt2 = (Test*)operator new(sizeof(Test)); new(pt2)Test(10); //释放空间delete的过程：析构+operator = new pt2->~Test(); operator delete(pt2); //对于pt1的操作，等价于如下，pt2同理： /* Test* pt1 = new Test; delete pt1; */ }
5.常见面试题
malloc/free和new/delete的区别
共同点：
都是从堆上申请空间，并且需要用户手动释放。
不同点：malloc和free是函数，new和delete是操作符
malloc申请的空间不会初始化，new可以初始化
malloc申请空间时，需要手动计算空间大小并传递，new只需在其后跟上空间的类型即可
malloc的返回值为void*, 在使用时必须强转，new不需要，因为new后跟的是空间的类型
malloc申请空间失败时，返回的是NULL，因此使用时必须判空，new不需要，但是new需要捕获异常（底层区别）
申请自定义类型对象时，malloc/free只会开辟空间，不会调用构造函数与析构函数，而new在申请空间后会调用构造函数完成对象的初始化，delete在释放空间前会调用析构函数完成空间中资源的清理（底层区别）
如何申请一个4g的空间？
// 将程序编译成x64的进程，运行下面的程序试试？
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
void* p = new char[0xfffffffful];
cout << "new:" << p << endl;
return 0;
}
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