C/C++内存管理详解

C/C++内存分布

int globalVal =1;

static int staticGlobalVar = 1;

void test()

{

static int static =1;

int localVar = 1;

int num1[10] = { 1, 2, 3, 4 };

char char1[]="abcd"

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(ptr2);

free(ptr3);

}

这些空间地址分配是这么分配的首先malloc这些开辟出来的空间是放在堆区的，而指针是放在栈上的，但是指针指向的变量在代码段，全局变量和静态变量放在数据段

 1、栈又叫堆栈，用于存储非静态局部变量/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内存，做进程间通信。
 3、堆用于存储运行时动态内存分配，堆是向上增长的。
 4、数据段又叫静态区，用于存储全局数据和静态数据。
 5、代码段又叫常量区，用于存放可执行的代码和只读常量。

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
    //栈区开辟空间，先开辟的空间地址高
    int a = 10;
    int b = 20;
    cout << &a << endl;
    cout << &b << endl;

    //堆区开辟空间，先开辟的空间地址低
    int* c = (int*)malloc(sizeof(int)* 10);
    int* d = (int*)malloc(sizeof(int)* 10);
    cout << c << endl;
    cout << d << endl;
    return 0;
}

因为在栈区开辟空间，先开辟的空间地址较高，所以打印出来a的地址大于b的地址；在堆区开辟空间，先开辟的空间地址较低，所以c指向的空间地址小于d指向的空间地址。

注意：在堆区开辟空间，后开辟的空间地址不一定比先开辟的空间地址高。因为在堆区，后开辟的空间也有可能位于前面某一被释放的空间位置。
C语言中动态内存管理方式

malloc、calloc、realloc和free

一、malloc

malloc函数的功能是开辟指定字节大小的内存空间，如果开辟成功就返回该空间的首地址，如果开辟失败就返回一个NULL。传参时只需传入需要开辟的字节个数。

二、calloc

 calloc函数的功能也是开辟指定大小的内存空间，如果开辟成功就返回该空间的首地址，如果开辟失败就返回一个NULL。calloc函数传参时需要传入开辟的内存用于存放的元素个数和每个元素的大小。calloc函数开辟好内存后会将空间内容中的每一个字节都初始化为0。

三、realloc

realloc函数可以调整已经开辟好的动态内存的大小，第一个参数是需要调整大小的动态内存的首地址，第二个参数是动态内存调整后的新大小。realloc函数与上面两个函数一样，如果开辟成功便返回开辟好的内存的首地址，开辟失败则返回NULL。

realloc函数调整动态内存大小的时候会有三种情况：
 1、原地扩。需扩展的空间后方有足够的空间可供扩展，此时，realloc函数直接在原空间后方进行扩展，并返回该内存空间首地址（即原来的首地址）。
 2、异地扩。需扩展的空间后方没有足够的空间可供扩展，此时，realloc函数会在堆区中重新找一块满足要求的内存空间，把原空间内的数据拷贝到新空间中，并主动将原空间内存释放（即还给操作系统），返回新内存空间的首地址。
 3、扩充失败。需扩展的空间后方没有足够的空间可供扩展，并且堆区中也没有符合需要开辟的内存大小的空间。结果就是开辟内存失败，返回一个NULL。

四、free

 free函数的作用就是将malloc、calloc以及realloc函数申请的动态内存空间释放，其释放空间的大小取决于之前申请的内存空间的大小。

C++中动态内存管理方式

 首先，C语言内存管理的方式在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和delete操作内置类型

一、动态申请单个某类型的空间

    //动态申请单个int类型的空间
    int* p1 = new int; //申请
    
    delete p1; //销毁
 

    //动态申请单个int类型的空间
    int* p2 = (int*)malloc(sizeof(int)); //申请

    free(p2); //销毁
 

    //动态申请10个int类型的空间
    int* p3 = new int[10]; //申请

    delete[] p3; //销毁

    //动态申请单个int类型的空间并初始化为10
    int* p5 = new int(10); //申请 + 赋值

    delete p5; //销毁

结一下：
 1、C++中如果是申请内置类型的对象或是数组，用new/delete和malloc/free没有什么区别。
 2、如果是自定义类型，区别很大，new和delete分别是开空间+构造函数、析构函数+释放空间，而malloc和free仅仅是开空间和释放空间。
 3、建议在C++中无论是内置类型还是自定义类型的申请和释放，尽量都使用new和delete。

operator new和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和delete在底层是通过调用全局函数operator new和operator delete来申请和释放空间的。
 operator new和operator delete的用法和malloc和free的用法完全一样，其功能都是在堆上申请和释放空间。

new和delete的实现原理
内置类型
 如果申请的是内置类型的空间，new/delete和malloc/free基本类似，不同的是，new/delete申请释放的是单个元素的空间，new[ ]/delete [ ]申请释放的是连续的空间，此外，malloc申请失败会返回NULL，而new申请失败会抛异常。

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[ ]函数中实际调用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[ ]函数，在operator delete[ ]函数中实际调用operator delete函数完成N个对象空间的释放。