C/C++内存管理 malloc/free与new/delete区别 内存泄漏

C/C++内存管理

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C/C++内存管理

在C++中，虚拟内存分为代码段、数据段、BSS段、堆区、映射区以及栈区六部分。
栈（向下增长）
内存映射段（文件映射、动态库、匿名映射）
堆（向上增长，用户显式申请）
数据段 （全区数据、静态数据）
代码段 （可执行代码/只读常量）
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说明

• 代码段: 包括只读存储区和文本区，其中只读存储区存储字符串常量，文本区存储程序的机器代码。

• 数据段: 存储程序中已初始化的全局变量和静态变量

• bss 段：存储未初始化的全局变量和静态变量（局部+全局），以及所有被初始化为0的全局变量和静态变量。

• 堆区：调用new/malloc函数时在堆区动态分配内存，同时需要调用delete/free来手动释放申请的内存。

• 映射区:存储动态链接库以及调用mmap函数进行的文件映射

• 栈：使用栈空间存储函数的返回地址、参数、局部变量、返回值

C语言中动态内存管理方式malloc/calloc/realloc和free

void Test ()
{
 int* p1 = (int*) malloc(sizeof(int));
 free(p1);

 // 1.malloc/calloc/realloc的区别是什么？//下面
 int* p2 = (int*)calloc(4, sizeof (int));
 int* p3 = (int*)realloc(p2, sizeof(int)*10);

 // 这里需要free(p2)吗？//不用 正常情况p2 p3指向同一块空间 如果realloc 新开辟了空间
 free(p3 );
}

malloc（10）：开辟10字节大小的内存空间返回void *
calloc（10,4）：开辟10个4字节大小的空间初始化为0返回void *
realloc（*ptr,10）：在ptr内存大小增大到10，如果原先的内存块无法改变大小,realloc将分配另一块正确大小的内存，并把原先那么内存的内容复制到新的块上。释放旧的内存空间。因此，使用realloc后，你就不能再使用指向旧内存的指针，而是应该改用realloc所返回的新指针。（realloc还有好多坑这里不再说明）

C++内存管理方式new /delete

用法

// 动态申请一个int类型的空间
int* ptr4 = new int;

// 动态申请一个int类型的空间并初始化为10
int* ptr5 = new int(10);

// 动态申请10个int类型的空间
int* ptr6 = new int[10];

delete ptr4;
delete ptr5;
delete[] ptr6;

new和delete操作自定义类型

class Test
{
public:
	Test()
		: _data(0)
	{
		cout << "Test():" << this << endl;
	}
	~Test()
	{
		cout << "~Test():" << this << endl;
	}

private:
	int _data;
};
void Test2()
{
	// 申请单个Test类型的空间
	Test* p1 = (Test*)malloc(sizeof(Test));
	free(p1);

	// 申请10个Test类型的空间
	Test* p2 = (Test*)malloc(sizoef(Test) * 10);
	free(p2);
}

这里会发现 在申请自定义类型的空间时，new会调用构造函数，delete会调用析构函数，而malloc与free不会

operator new与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operatordelete是系统提供的全局函数，new在底层调用operatornew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。

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);
}

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;
}

通过上述两个全局函数的实现知道，operator new 实际也是通过malloc来申请空间，如果malloc申请空间
成功就直接返回，否则执行用户提供的空间不足应对措施，如果用户提供该措施就继续申请，否则就抛异
常。operator delete 最终是通过free来释放空间的

new和delete的实现原理

1

内置类型
如果申请的是内置类型的空间，new和malloc，delete和free基本类似，不同的地方是：new/delete申请和
释放的是单个元素的空间，new[]和delete[]申请的是连续空间，而且new在申请空间失败时会抛异常，
malloc会返回NULL。

2

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[]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

malloc/free和new/delete的区别

malloc/free和new/delete的共同点是：都是从堆上申请空间，并且需要用户手动释放。不同的地方是：

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，需要手动计算空间大小并传递，new只需在其后跟上空间的类型即可
4. malloc的返回值为void*, 在使用时必须强转，new不需要，因为new后跟的是空间的类型
5. malloc申请空间失败时，返回的是NULL，因此使用时必须判空，new不需要，但是new需要捕获异常
6. 申请自定义类型对象时，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

内存泄漏

什么是内存泄漏，内存泄漏的危害

内存泄漏指因为疏忽或错误造成程序未能释放已经不再使用的内存的情况。内存泄漏并不是指内存在物理上的消失，而是应用程序分配某段内存后，因为设计错误，失去了对该段内存的控制，因而造成了内存的浪费。
内存泄漏的危害：长期运行的程序出现内存泄漏，影响很大，如操作系统、后台服务等等，出现内存泄漏会导致响应越来越慢，最终卡死

void MemoryLeaks()
 {
 // 1.内存申请了忘记释放
 int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int));
 int* p2 = new int;

 // 2.异常安全问题
 int* p3 = new int[10];

 Func(); // 假如这里Func函数抛异常导致 delete[] p3未执行，p3没被释放.造成了内存泄漏

 delete[] p3;
 }

如何避免内存泄漏

1.工程前期良好的设计规范，养成良好的编码规范，申请的内存空间记着匹配的去释放。ps：这个理想状
态。但是如果碰上异常时，就算注意释放了，还是可能会出问题。需要下一条智能指针来管理才有保
证。

2. 采用RAII思想或者智能指针来管理资源。
3. 有些公司内部规范使用内部实现的私有内存管理库。这套库自带内存泄漏检测的功能选项。
   4.出问题了使用内存泄漏工具检测。ps：不过很多工具都不够靠谱，或者收费昂贵。
   内存泄漏非常常见，解决方案分为两种：1、事前预防型。如智能指针等。2、事后查错型。如泄漏检测工具。