C++初阶--内存管理

1. c/c++内存分布

1. 栈又叫堆栈，非静态局部变量/函数参数/返回值等等，栈向下生长。
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内存，做进程间通信。
3. 堆用于程序运行时的动态内存分配，堆向上增长。
4. 数据段–存储全局数据、静态数据
5. 代码段-- 可执行代码、只读常量。

2. C语言中动态内存管理方式

2.1 malloc /calloc/realloc和free

• malloc

void* malloc(size_t size)；

这个函数向内存申请一块连续可用的空间，并返回指向这块空间的指针。

• free

void free(void* ptr)；

free释放掉动态开辟的内存

• calloc

void* calloc(size_t num,size_t size);

函数的功能是为num个大小为size的元素开辟一块空间，并且把空间的每个字节初始化为0.

• realloc

void* realloc (void* ptr,size_t size);

realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活，这个函数调整原内存的地址。
情况1：原有空间足够大，则返回值地址不移动，直接在原内存之后追加空间，原数据不发生变化。
情况2：原有空间不够大，则返回值移动到新的地址，在堆上找另一个大小合适的连续空间，并把数据拷贝到新地址。

以上为C语言的基础内容

3 . c++内存管理方式

new和delete操作符

3.1 new/delete操作内置类型

申请和释放单个元素空间，使用new和delete操作符；申请释放连续空间，使用new[ ]和delete[ ].

void Test(){
//动态申请一个int类型的空间
	int* ptr4 = newint;
//动态申请一个int类型的空间并初始化为10
	int* ptr5 = newint(10);
//动态申请10个int类型的空间
	int* ptr6 = newint[3];
	delete ptr4;
	delete ptr5;
	delete[] ptr6;
}

3.2 new和delete操作符自定义类型

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);
}

void Test2()
{
//申请单个Test类型的对象
	Test* p1=newTest;
	delete p1;
//申请10个Test类型的对象
	Test* p2=newTest[10];
	delete[] p2;
}

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和free不会。

1.C++中如果是申请内置类型对象或者数组，malloc和new没有区别
2. 如果是自定义类型，new和delete时开空间+初始化，析构清理+空间释放。malloc和free仅仅是开空间和释放空间。

【面试题】如何一次在堆上申请4G内存？

正常32进程，堆内存最大为2G左右。而将程序编译成X64的进程，堆上就可以获得非常大的虚拟内存。
32位-----4G---- 2^32 byte
64位----- 160亿GB ---- 2^64 byte---- 2 ^ 34 GB

4. operator new 与 operator delete 函数

4.1 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 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。




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对应措施，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。

实际上是下面这样的：

4.2 operator new 和operator delete 的类专属重载

下面代码演示了，针对链表的节点 ListNode通过 重载类专属 operator new / operator delete ，实现链表节点使用内存申请和释放内存，提高效率。

5 . new 和delete 的实现原理

5.1 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空间，new[ ]\delete[ ]申请的是连续空间，而且new在申请空间失败的时候会抛异常，malloc会返回NULL。

5.2 自定义类型

一 、 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

二、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

三、 new T[N]

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

四、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。

6. 定位new表达式（placement-new）

7. 常见面试题

7.1 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. 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

7.2 内存泄露

什么是内存泄漏：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。