C/C++内存管理

1. C++内存占用情况

1. 栈又叫做堆栈 – 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。（现在只需要了解一下）
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++内存管理方式

C++是兼容C语言的，所以C语言的内存管理方式（malloc，realloc，calloc，free），也是可以用的，但是在有些方面还是无能为力的，而且使用起来比较繁琐，因此C++提出了自己的一套内存管理方式。

2.1 new/delete操作内置类型

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
	int* ptr1 = new int;
	int* ptr2 = new int(10);
	int* ptr3 = new int[3];
	int* ptr4 = new int[3]{ 1 };
	delete ptr1;
	delete ptr2;
	delete[] ptr3;
	delete[] ptr4;
	return 0;
}

注意：申请和释放单个元素空间，使用new和delete操作符，申请和释放连续空间，使用new[]和delete[]，使用时要注意匹配使用
如果使用C语言的语法来申请空间是这样的
int *str1 = (int *)malloc(sizeof(int)*4);
对比C++的申请语法来说，C语言申请起来比较繁琐一点，并且，C++在申请的同时，也是可以直接初始化的。

2.2 自定义类型申请空间

new/delete 和 malloc/free最大区别是 new/delete对于【自定义类型】除了开空间还会调用构造函数和析构函数

//自定义类型申请动态空间
class A
{
public:
	A(int a = 0)
	:_a(a)
	{
		cout << "A(int a = 0)" << endl;
	}

	A(int a)
		:_a(a)
	{
		cout << "A(int a = 0)" << endl;
	}

	~A()
	{
		cout << "~A()" << endl;
	}
private:
	int _a;
};

int main()
{
	A* ptr1 = (A*)malloc(sizeof(A));
	A* ptr2 = new A(10);

	free(ptr1);
	delete ptr2;

	cout << "多组空间*********************************" << endl;

	A* ptr3 = (A*)malloc(sizeof(A)*5);
	A* ptr4 = new A[5]{1,2,3};

	free(ptr3);
	delete[] ptr4;

	A* ptr5 = new A[5]{ 1,2,3,4,5};
	A* ptr6 = new A[3]{ A(1),A(2),A(3)};
	delete[] ptr5;
	delete[] ptr6;
	return 0;
}

调用构造函数和析构函数

如果构造函数不是缺省的情况怎么赋值

在申请空间时，new、delete会申请构造函数和析构函数，而malloc和free不会

3. operator new 和 operator delete函数

开始介绍之前，先看一下这两个函数的底层逻辑代码
operator new

/*
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

/*
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)

通过上面两个底层代码可以看出，operator new 底层调用的是malloc来申请空间的，而operator delete是通过调用free来释放空间的，这时因为要抛出遗产，在C++面向对象中，有错误都是需要抛出异常的，而malloc申请失败后，都是返回一个值，达不到我们想要的效果，所以就封装了一层operator new 和 operator delete ，其中也添加了抛出异常的功能
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。
所以他们之间的关系都是相连的

4. new 和 delete 的实现原理

• 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

5. malloc/free 和 new/delete 的区别

共同点是：
都是从堆上申请空间，并且需要用户手动释放。
不同点：

1. malloc和free是函数，new和delete是操作符
2. malloc申请的空间不会初始化，new可以初始化
3. malloc申请空间时，需要手动计算空间的大小并传递，new只需要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
4. malloc的返回值为void*，在使用时必须进行强转，new不需要，因为new后跟的是空间的类型
5. malloc申请空间失败后，返回的是null，因此使用时必须判断是否为空，new不需要，但是new需要捕获异常
6. 申请自定义类新的对象时，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