C++内存管理

简介

在C++中，内存分成5个区，他们分别是堆、栈、自由存储区、全局/静态存储区和常量存储区。
　　栈：在执行函数时，函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建，函数执行结束时这些存储单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率很高，但是分配的内存容量有限。
　　堆：就是那些由 new分配的内存块，他们的释放编译器不去管，由我们的应用程序去控制，一般一个new就要对应一个 delete。如果程序员没有释放掉，那么在程序结束后，操作系统会自动回收。
　　自由存储区：就是那些由malloc等分配的内存块，他和堆是十分相似的，不过它是用free来结束自己的生命的。
　　全局/静态存储区：全局变量和静态变量被分配到同一块内存中，在以前的C语言中，全局变量又分为初始化的和未初始化的，在C++里面没有这个区分了，他们共同占用同一块内存区。
　　常量存储区：这是一块比较特殊的存储区，他们里面存放的是常量，不允许修改。

区分堆与栈

void f() { int* p=new int[5]; }

这条短短的一句话就包含了堆与栈，看到new，我们首先就应该想到，我们分配了一块堆内存，那么指针p呢？他分配的是一块栈内存，所以这句话的意思就是：在栈内存中存放了一个指向一块堆内存的指针p。在程序会先确定在堆中分配内存的大小，然后调用operator new分配内存，然后返回这块内存的首地址，放入栈中.
管理方式：对于栈来讲，是由编译器自动管理，无需我们手工控制；对于堆来说，释放工作由程序员控制，容易产生memory leak
碎片问题：对于堆来讲，频繁的new/delete势必会造成内存空间的不连续，从而造成大量的碎片，使程序效率降低。对于栈来讲，则不会存在这个问题，因为栈是先进后出的队列，他们是如此的一一对应，以至于永远都不可能有一个内存块从栈中间弹出，在他弹出之前，在他上面的后进的栈内容已经被弹出，详细的可以参考数据结构，这里我们就不再一一讨论了。
分配方式：堆都是动态分配的，没有静态分配的堆。栈有2种分配方式：静态分配和动态分配。静态分配是编译器完成的，比如局部变量的分配。动态分配由alloca函数进行分配，但是栈的动态分配和堆是不同的，他的动态分配是由编译器进行释放，无需我们手工实现。

有了malloc/free为什么还要new/delete

1. malloc与free是C++/C语言的标准库函数，new/delete是C++的运算符。它们都可用于申请动态内存和释放内存。
2. 对于非内部数据类型的对象而言，光用maloc/free无法满足动态对象的要求。对象在创建的同时要自动执行构造函数，对象在消亡之前要自动执行析构函数。由于malloc/free是库函数而不是运算符，不在编译器控制权限之内，不能够把执行构造函数和析构函数的任务强加于malloc/free。
3. 因此C++语言需要一个能完成动态内存分配和初始化工作的运算符new，以及一个能完成清理与释放内存工作的运算符delete。注意new/delete不是库函数。

class Obj{
    public :
　　Obj(void){ cout << “Initialization” << endl; }
　　~Obj(void){ cout << “Destroy” << endl; }
　　void Initialize(void){ cout << “Initialization” << endl; }
　　void Destroy(void){ cout << “Destroy” << endl; }
};
void UseMallocFree(void){
    Obj *a = (obj *)malloc(sizeof(obj)); // 申请动态内存
    a->Initialize(); // 初始化
    //…
    
    a->Destroy(); // 清除工作
    free(a); // 释放内存
}
void UseNewDelete(void){
    Obj *a = new Obj; // 申请动态内存并且初始化
    //…
    delete a; // 清除并且释放内存
}

类Obj的函数Initialize模拟了构造函数的功能，函数Destroy模拟了析构函数的功能。函数UseMallocFree中，由于malloc/free不能执行构造函数与析构函数，必须调用成员函数Initialize和Destroy来完成初始化与清除工作。函数UseNewDelete则简单得多。

new与malloc的使用

int *p1 = (int *)malloc(sizeof(int) * length);
int *p2 = new int[length];

malloc

函数malloc的原型是：void * malloc(size_t size);,关于malloc要注意：
我们应当把注意力集中在两个要素上：“类型转换”和“sizeof”。

1. • malloc返回值的类型是void，所以在调用malloc时要显式地进行类型转换，将void *转换成所需要的指针类型。
2. • malloc函数本身并不识别要申请的内存是什么类型，它只关心内存的总字节数。

free

函数原型如下所示：

void free( void * memblock );

因为指针p的类型以及它所指的内存的容量事先都是知道的，语句free(p)能正确地释放内存

new

new内置了sizeof、类型转换和类型安全检查功能。对于非内部数据类型的对象而言，new在创建动态对象的同时完成了初始化工作。

delete

用delete释放对象数组时，留意不要丢了符号‘[]’
delete []objects; // 正确的用法

内存使用规则

1. 用malloc或new申请内存之后，应该立即检查指针值是否为NULL。防止使用指针值为NULL的内存。
2. 不要忘记为数组和动态内存赋初值。防止将未被初始化的内存作为右值使用。
3. 避免数组或指针的下标越界，特别要当心发生“多1”或者“少1”操作。
4. 动态内存的申请与释放必须配对，防止内存泄漏。
5. 用free或delete释放了内存之后，立即将指针设置为NULL，防止产生“野指针”。