C++-----内存管理-优快云博客

内存区	说明
内核空间	用户代码不能读写
栈	向下增长的👇，一般存储定义在函数中的局部变量
内存映射段	文件映射、动态库、匿名映射
堆	向上增长👆，动态开辟出来的
数据段（静态区）	一般存储全局变量、静态数据
代码段（常量区）	一般是一些可执行代码或者只读常量

我们知道一点，就是指针变量它也是个局部变量，所以它本身就是在栈区！！但是解引用后又是另外的含义，比如上面的ptr1指针本身是在栈区，但是(*ptr1)就是在堆区了！！！！

说明：

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。

栈向下增长的原因就是，一般情况下，在栈区开辟空间，会先开辟高地址空间！

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
堆用于程序运行时动态内存分配，堆是可以上增长的。

堆向上增长的原因就是，一般情况下，在堆区开辟空间，会先开辟低地址空间，但是需要注意，在堆区后开辟的空间不一定比先开辟的空间低

二、C++中内存管理方式

我们都知道C语言动态开辟内存管理方式的方式有：malloc，calloc，realloc，free。但是呢，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。

1.new/delete操作内置类型

动态申请某个类型的空间

int* ptr = new int;
delete ptr;

相当于

int* ptr=(int*)malloc(sizeof(int));
free(ptr);

动态申请某个类型的空间并初始化

int *ptr1=new int(10);
delete ptr1;

//有点类似C语言calloc的机制，不过这个需要写值，calloc自动初始化为0
//new在这里体现的优势就是可以控制初始化值

动态申请多个类型的空间

//申请10个int类型的空间并初始化
int* ptr2=new int[10]{0,1,2,3,4,5,6,7,8,9};
delete[] ptr2;

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。

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。(这是new/delete和malloc/free最大的区别)
对于内置类型他们都是一样的，都是只开空间

class A
{
public:
	A(int a = 0)
		:_a(a)
	{
		cout << _a<<" "<<"构造函数" << endl;
	}
	~A()
	{
		cout << "析构函数" << endl;
	}

private:
	int _a;
};

int main()
{
	A* p1 = new A;       //new一个A类对象，并用缺省值初始化
	A* p2 = new A(10);   //new一个对象，并用所给的值调用构造函数去初始化
	A* p3 = new A[3];   //new3个A类对象，每个对象用缺省值进行初始化

	delete p1;
	delete p2;
	delete[] p3;

	return 0;
}

从结果就可以看出new/delete对自定义类型操作的规则！！！！

总结：

①C语言和C++申请对象如果是内置类型，那么都是只开空间

②如果是自定义类型，C++是开空间+构造，销毁会调用析构函数

③还是建议尽量使用new/delete，简洁方便，容错率高！

三、operator new与operator delete

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
在底层operator new其实是对malloc的封装，operator delete则是对free的封装！

int* d1=(int*)operator new(sizeof(int));
opertor delete d1;

---->>和下面代码是一样的
int *d1=(int*)malloc(sizeof(int));
free(d1);

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、new和delete的实现原理

Ⅰ、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：

①new/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malloc申请的就是一块连续的空间，没有什么形式上的变化！

②new失败申请失败会抛异常，malloc会返回NULL；

Ⅱ、自定义类型

1.new/delete的原理

new：会先调用operator new函数申请空间，在申请得到空间上再去执行构造函数，完成对象构造！
delete：会先在空间上执行析构函数，完成对象资源的清理工作，在调用operator delete函数释放对象的空间

2.new 类型[N]/delete[]的原理

new T[N]:调用operator new[]函数，在operator new[]中实际调用operator new函数先完成N个对象空间的申请,然后在申请的空间上进行N次构造！！！
delete[]:在释放的对象空间上先执行N次析构函数，完成N个对象中资源的清理，然后再用operator delete[]释放空间，实际在operator delete[]中调用operator delete来释放空间

五、定位new表达式

1.概念

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。（可以显示调用构造函数）

2.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
class A
{
public:
	A(int a = 0)
		:_a(a)
	{
		cout << _a<<" "<<"构造函数" << endl;
	}
	~A()
	{
		cout << "析构函数" << endl;
	}

private:
	int _a;
};

int main()
{
   A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));

   new(p1)A;//  构造函数有参数的话，就要传参,如new(p1)A(2121);

   p1->~A();//析构函数也可以显示调用，但是一般不这样搞
    return 0;
}
ps：p1现在指向的只不过是与A对象相同大小的一段空间，malloc出来的还不能算是一个对象，因为构造函数没有执行

3.使用场景

一般是配合内存池使用（之后文章有涉及）。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。

六、malloc/free和new/delete的区别

1.共同点：

都是从堆上申请空间，并且需要用户手动释放

2.不同点：

malloc和free是函数，new和delete是操作符(是操作符就意味着new/delete在编译的过程中，是转化成一堆指令码的)

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，如果是多个对象，[]中指定对象个数即可
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
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

七、内存泄漏

什么是内存泄漏：内存泄漏指因为疏忽或错误造成程序未能释放已经不再使用的内存的情况。内存泄漏并不是指内存在物理上的消失，而是应用程序分配某段内存后，因为设计错误，失去了对该段内存的控制，因而造成了内存的浪费。

说白了C++中其实就是两类：

①堆内存泄漏：就是我们平时通过malloc / calloc / realloc / new等从堆中分配的一块内存，用完后忘记释放free/delete就会导致的现象

②系统资源泄漏:指程序使用系统分配的资源，比方套接字、文件描述符、管道等没有使用对应的函数释放掉，导致系统资源的浪费，严重可导致系统效能减少，系统执行不稳定。