【c++】内存管理

提示：文章写完后，目录可以自动生成，如何生成可参考右边的帮助文档

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1. C/C++内存分布

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);
}

由上代码可得到一些问题

1. 选择题：
   选项: A.栈 B.堆 C.数据段(静态区) D.代码段(常量区)

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（32位下）
strlen(pChar3) = ____;4
sizeof(ptr1) = ____;4（32位下）

【说明】

1. 栈又叫堆栈–非静态局部变量/函数参数/返回值等等，栈是向下增长的。
2. 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。
3. 堆用于程序运行时动态内存分配，堆是可以上增长的。
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

2. C语言中动态内存管理方式：malloc/calloc/realloc/free

void Test ()
{
	int* p1 = (int*) malloc(sizeof(int));
	free(p1);
	// 1.malloc/calloc/realloc的区别是什么？
	int* p2 = (int*)calloc(4, sizeof (int));
	int* p3 = (int*)realloc(p2, sizeof(int)*10);
	// 这里需要free(p2)吗？
	free(p3 );
}

malloc/calloc/realloc的区别

malloc：分配的内存是位于堆中的,并且没有初始化内存的内容,因此基本上malloc之后,调用函数memset来初始化这部分的内存空间.
calloc：则将初始化这部分的内存,设置为0.
realloc：则对malloc申请的内存进行大小的调整.

3. 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。

3.1 new/delete操作内置类型

void Test()
{
	// 动态申请一个int类型的空间
	int* ptr4 = new int;
	
	// 动态申请一个int类型的空间并初始化为10
	int* ptr5 = new int(10);
	
	// 动态申请10个int类型的空间
	int* ptr6 = new int[3];
	
	delete ptr4;
	delete ptr5;
	delete[] ptr6;
}

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[]，匹配起来使用。

3.2 new和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

结论：new/delete 是为自定义类型准备的。
不仅在对申请出来，还会调用构造和析构初始化和清理

4. 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。

perator 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 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。

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;
}

operator delete 最终是通过free来释放空间的。

5. new和delete的实现原理

5.1 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。

5.2 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

6. malloc/free和new/delete的区别

malloc/free和new/delete的共同点是：

都是从堆上申请空间，并且需要用户手动释放。

不同的地方是：

1. malloc和free是函数，new和delete是操作符

3. malloc申请的空间不会初始化，new可以初始化

4. 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， 如果是多个对象，[ ]中指定对象个数即可
5. 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*

6. 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

7. 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