C/C++动态内存管理

 这里首先对内存做简单了解，然后总结malloc/free和new/delete的关系及差异，深度剖析new/delete以及模拟实现new[]/delete[]。

 

C/C++程序分配的内存

        1. 栈区（stack）:由编译器自动分配释放，存放函数局部变量、函数参数、返回数据等。

       2. 堆区（heap）:一般由程序员分配释放

       3. 全局区（静态区static）:存放全局变量、静态数据、常量。程序结束后由系统释

       4. 文字常量区 ：常量字符串就是放在这里的。 程序结束后由系统释放。

       5. 程序代码区—存放函数体（类成员函数和全局函数）的二进制代码。

      如下图：

         
C语言动态内存管理

      C语言使用malloc/calloc/realloc/free进行动态内存管理

       malloc:   void* malloc(size_t size); 

           分配成功返回一个指向被分配的内存的起始位置的地址，分配失败指向一个空指针。因此，对每个从malloc返回的指针都进行检查，确保它并非NULL是非常重要的。

 

       calloc:   void* calloc(size_t num_elements, size_t element_size)

            malloc和calloc之间的区别是后者在返回指向内存的指针之前把它初始化为0.

 

       realloc:   void* realloc(void* ptr, size_t new_size)

             realloc函数用于修改一个原来已经分配的内存块的大小。

          几种情况分析：

             1.newsize<size   不会缩小，什么事情也不做

             2.newsize>size   a.直接扩容  b.重新开辟新空间（拷贝&释放旧空间    ）这也是为什么后malloc的地址不一定比新malloc的地址大。

 

        free: void free(void* pointer)

              注：free()不能释放非动态开辟的空间。

常见的动态内存错误

       1. 对分配的内存进行操作时越界访问。

     （在malloc和free的有些实现中，它们以链表的形式维护可用的内存池。对分配的内存之外的区域进行访问可能破坏这个链表，这有可能产生异常，从而终止程序。）

       2. 释放非动态开辟的内存

      3. 释放动态内存的一部分。（冬天内存的开辟必须整块一起释放）

      4. 对NULL指针进行解引用（动态内存分配最常见的错误就是忘记检查所请求的内存是否成功分配）

      5. 多次释放同一块动态内存以及一块动态内存被释放后继续使用。（当对一个指向动态分配的内存的指针进行复制）

      6. 内存泄露（分配内存但在使用完毕后不释放将引起内存泄露。）   

C++动态内存管理 

      C++通过new和delete进行动态内存管理

      new/delete动态管理对象

      new[]/delete[]动态管理对象组

 

      注：malloc/free、new/delete、new[]/delete[]一定要匹配使用，否则会内存泄露

      什么内存泄漏：

      eg:

 

【深入理解C++动态内存管理 】

       C++的其他内存管理接口（placeman版本）：

      void * operator new (size_t size);

               void   operator delete (size_t size);

               void * operator new[] (size_t size);

               void   operator new[] (size_t size);

       总结：

            1. operator new/operator delete operator new[]/operator delete[] 和 malloc/free用法一样

            2. 他们只负责分配空间/释放空间，不会调用对象构造函数/析构函数来初始化/清理对象。

            3. 实际operator new和operator delete只是malloc和free的一层封装。

 new做了两件事情：

               1.调用operator new分配空间

             2.调用构造函数初始化对象。

         delete也做了两件事情：

                1.调用析构函数清理对象
              2.调用operator delete释放空间
         
         new[N]

                1. 调用operator new分配空间。
              2.N次构造函数分别初始化每个对象。
   

         delete[]
                1. 调用N次析构函数清理对象
              2. 调用operator delete释放空间。

     定位new表达式：

          

    剖析new/delete

    
        总结malloc/free和new/delete的区别与联系：

                 1. 它们都是动态管理内存的入口。

               2. malloc/free是C/C++标准库的函数，new/delete是C++操作符。

               3. malloc/free只是动态分配内存空间/释放空间。而new/delete除了分配空间还会调用构造函数和析构函数进行初始化与清理（清理成员）。

  4. malloc/free需要手动计算类型大小且返回值会void*，new/delete可自己计算类型的大小，返回对应类型的指针。

  5.malloc失败返回异常 ， new失败抛出异常。

 

      实现NEW_ARRAY/DELETE_ARRAY宏，模拟new[]/delete[]申请和释放数组。

      

//new(size_t N)
#define NEW(ptr,type)\
	ptr = (type*)operator new(sizeof(type));\
	new(ptr)type; //调构造

//delete
#define DELETE(ptr,type)\
	ptr->~type();\
	operator delete(ptr);

//new[]
#define NEW_ARRAY(ptr,type,n)\
	do{\
		ptr = (type*)operator new(sizeof(type)*n+4);\
		*((int*)ptr) = n;\
		ptr = (type*)((char*)ptr+4);\
		for(size_t i=0; i<n; i++)\
		{\
			new(ptr+i)type;\
		}\
	}while(0);

//delete[]
#define DELETE_ARRAY(ptr,type)\
	do{\
		size_t n = *((int*)ptr-1);\
		for(size_t i=0; i<n; i++)\
		{\
			(ptr+i)->~type();\
		}\
		operator delete((int*)ptr-1);\
	}while(0);