C++内存管理

前言

我们先来回顾一下C语言的内存管理
内存分为这几个段：
栈区：非静态的局部变量都是存在栈区的，它是向下增长的。
堆区：用于程序运行时动态内存分配，它是向上增长的。
数据段：存在全局变量和静态变量。
代码段：可执行代码、常量。
而在堆区动态内存开辟的函数有malloc、calloc、realloc。
malloc和calloc的区别在于，前者开辟空间不初始化，而后者会初始化为0.
realloc是扩容。
C++是兼容C语言的，所以，它们两个的内存管理是差不多的。

new关键字

在C++中搞出一套新的动态内存开辟的方式：new
先说明一点，在C语言中malloc、calloc、realloc是函数，需要包头文件的，而new是关键字，直接用就可以，方式如下：

#include<iostream>

using namespace std;

int main()
{
	int* a = new int;//从堆区开辟4个字节的空间
	return 0;
}

开辟出来的空间里里面的值是未定义的，是随机值，我们可以在开辟孔家的时候就给它初始化：

#include<iostream>

using namespace std;

int main()
{
	int* a = new int(1);
	return 0;
}

也可以开辟数组，并且初始化：

#include<iostream>

using namespace std;

int main()
{
	int* a = new int(1);
	int* arr = new int[10]{ 0 };
	return 0;
}

delete关键字

C语言有free来释放空间，C++用的就是delete来释放空间，普通变量直接用delete，数组就需要在后面加上[]：

int main()
{
	int* a = new int(1);
	int* arr = new int[10]{ 0 };
	delete a;
	delete[] arr;
	return 0;
}

那如果我用new开辟的空间，能用free来释放吗，或者说malloc开辟的空间，能用delete释放吗？
答案是：分情况。
如果是下面这种情况，也是没问题的

int main()
{
	int* arr = (int*)malloc(sizeof(int));
	if (arr == nullptr)
	{
		perror("malloc fail");
		exit(-1);
	}
	delete arr;
	return 0;
}

只不过编译器会报出警告：

但是有一种情况会出问题：

class Stack
{
public:
	Stack(int size = 0,int capacity = 0)
	{
		arr = (int*)malloc(sizeof(int) * 4);
		if (arr == nullptr)
		{
			perror("malloc fail");
			exit(-1);
		}
		capacity = 4;
	}

	~Stack()
	{
		free(arr);
		arr = nullptr;
		cout << "资源已清理" << endl;
		sz = capacity = 0;
	}
private:
	int* arr;
	int sz;
	int capacity;
};

int main()
{
	Stack* st = new Stack;
	free(st);
	return 0;
}

这是一个栈类，里面动态开辟了一个数组，然后我们new一个栈的对象，最后用free来释放空间，free此时释放的空间是栈类实例化出来的对象的，而对象里面开辟的空间没有释放，会造成内存泄漏。
调试也可以看出，释放空间并没有调用栈这个类的析构函数

其实，关于new和delete的使用还有一点没有说明：
new：如果new的类型是自定义类型，会调用它的构造函数
delete：释放空间也是如此，会自动调用它的析构函数
还有一点要说明：

class A
{
private:
	int a;
};

int main()
{
	A* a = new A[10];
	free(A);
	return 0;
}

上面这个代码是直接编译不通过，说是不允许使用类型名，还有一点原因：
其实new在开辟空间得时候会在前面多开4个字节的空间，这4个字节的空间用来存储一共要调用多少次析构函数的次数

如果直接用free，其实释放的位置错了，所以会直接报错
如果用delete[] 来释放空间，它会自动往前面挪4个字节，然后解引用，就会知道要调用10次析构函数，然后释放后面的空间。
总结：最好还是配套使用，即malloc出来的空间就用free，new出来的就用delete。

operator new和operator delete

它们不是运算符重载，它们是定义在标准库中的，它们是干嘛的呢？
其实，它们就是对malloc和free进行封装：
operator new：对malloc进行封装，只是malloc开辟空间失败是返回空，而operator new开辟失败是抛出异常。
operator delete：同理，对free进行封装。
所以，operator delete最终还是用free来释放。

new、delete实现原理

new是会先调用operator new申请空间，如果申请失败抛出异常，否则，继续调用构造函数。
而delete是先调用析构函数、再调用operator delete释放空间。
上面的过程只是针对自定义类型，对于内置类型，和C语言的malloc、free没什么区别，毕竟new的底层还是用的malloc，delete的底层还是用的free。