C++入门——内存管理

C++入门——内存管理

C/C++内存分布

分类是为了更好的管理

int globalVar = 1;
static int staticGlobalVar = 1;
void Test()
{
 static int staticVar = 1;
 int localVar = 1;
 
 int num1[10] = {1, 2, 3, 4};
 char char2[] = "abcd";
 char* pChar3 = "abcd";
 int* ptr1 = (int*)malloc(sizeof (int)*4);
 int* ptr2 = (int*)calloc(4, sizeof(int));
 int* ptr3 = (int*)realloc(ptr2, sizeof(int)*4);
 free (ptr1);
 free (ptr3);
}

globalVar在哪里？____ staticGlobalVar在哪里？____
staticVar在哪里？____ localVar在哪里？____
num1 在哪里？____

char2在哪里？____ *char2在哪里？___
pChar3在哪里？____ *pChar3在哪里？____
ptr1在哪里？____ *ptr1在哪里？____
答：globalVar是全局变量存放在代码段；staticGlobalVar也是全局静态变所以也存放在代码段；
staticVar是静态变量存放在代码段； localVar是临时变量存放在栈中；num1也是临时数组变量存放在栈中；

char2是存放在栈中；*char2则也是存放在栈中的（原因：“abcd”是只读代码不可修改，存在代码段中。而把“abcd"进行拷贝到char[]所指的地址中，因此存放在栈中）； pChar3在栈中；*pChar3是指“abcd”，所以是存放在代码段中； ptr1在在栈中； *ptr1在则是(int)malloc(sizeof (int)*4)开辟的空间，所以在堆上。
重点：

1. 栈又叫堆栈，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。（Linux课程如果没学到这块，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。

C++内存管理方式

C语言内存管理方式在C++中可以继续使用，但有些地方就无能为力而且使用起来比较麻烦，因此C++又提出
了自己的内存管理方式：通过new和delete操作符进行动态内存管理。
既然C语言可以在c++继续使用，那么为什么不用 malloc和free呢？内置类型的malloc和new没有什么区别，但是自定义类型就会有很大差别了，new不仅可以开辟内存空间，还可以调用自定义类型的构造函数，delete归调用析构函数哦，而malloc与free不会。

void Test()
{
 // 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[3];
 int* ptr7 = new int[3]{1，2，3};//可以多个初始化
 
 delete ptr4;
 delete ptr5;
 delete[] ptr6;
 delete[] ptr7;
}

int* ptr7 = new int[3]{1，2，3};//可以多个初始化 ，这里告诉大家开辟多个空间也可以初始化哦！

operator new与operator delete函数（重要）

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（说明这两个不是运算符重载），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。

**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: 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;
}

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

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。

自定义类型

new的原理
调用operator new函数申请空间
在申请的空间上执行构造函数，完成对象的构造
delete的原理
在空间上执行析构函数，完成对象中资源的清理工作
调用operator delete函数释放对象的空间
new T[N]的原理
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
在申请的空间上执行N次构造函数
delete[]的原理
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
调用operator delete[]释放空间，实际在operator delete[]中调用operator delete来释放空间

常见面试题

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需要抛异常
6. 申请自定义类型对象时，malloc/free只会开辟/销毁空间，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。