【C++】C/C++内存管理：
本篇的内存管理主要是动态内存管理。
1.C中的malloc、realloc、calloc和free函数：
【面试问题】
malloc、calloc和realloc的区别是什么？
- malloc申请的内存值是不确定的
- calloc却在申请后，对空间逐一进行初始化，并设置值为0
异地扩容的释放问题：
#include
using namespace std;
int main()
{
int* p0 = (int*)calloc(4, 4);
int* p2 = (int*)realloc(p0, sizeof(int) * 10);
cout << p0 << endl;
cout << p2 << endl;
//free(p0);
free(p2);
return 0;
}
❓请问这里p0需要free释放吗？
不需要，程序直接挂了，因为异地扩容的时候拷贝后会将原来的空间释放了
【问题】
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";
const 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);
}
讲解几个比较容易犯错的：
char2是一个指针，存在栈上，*char是指向“abcd”的
char char2[] = "abcd";
pchar3是一个指针，存放在栈上，*pchar3是“abcd”是常量字符串不可以修改，存放在常量区
2.C++内存管理方式：
2.1为什么C++需要增加new这个关键字：
class A
{
A()
{
p = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);
}
~A()
{
free(p);
p = NULL;
}
public:
int* p;
};
❓C语言中的malloc函数不是可以很好解决开辟空间的问题吗。为什么还要在C++中增加new呢？
解：因为C++中有类对象，我们可能会在类对象中我们可能需要开辟空间，而在free的时候，我们只是把类这个变量的空间释放了，但是类中开辟的动态空间可能没有释放造成内存泄漏。
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。
2.2new和delete的使用方法：
类型指针 指针名=new 类型
数组：类型指针 指针名=new 类型[对象个数]
new开辟出来的变量可以进行初始化
-
注意：申请和释放单个元素的空间，使用new和delete操作符，申请和释放连续的空间，使用
new[]和delete[].注意：匹配起来使用。
2.2.1编译器如何区分delete 类型和delete[]:
int main()
{
int* a1 = new int;
int* a2 = new int[10];
delete[] a2;
return 0;
}
❓编译器如何区分到底是要释放几个呢？
编译器一共在new的时候开辟了10空间，但是编译器会额外开辟一个位置在最前面，用来记录开了多少个空间，当释放时如果new和delete不匹配时，会少释放一个位置然后报警告
开辟的是一个自定义对象的空间的话，会更加严重
类中显式写了析构函数，编译器认为这个类有资源，会在申请的空间之前再申请一小块空间，用于存储对象个数等信息，当new T[]和delete不匹配时，会少释放记录位，造成内存泄漏并报错。
❓我们将写的析构函数屏蔽一下，运行成功了这是为什么？
编译器发现没有析构函数，然后类的成员变量也不是动态开辟，不需要析构的时候释放，不调用析构也无所谓，就运行成功了，他开数组也就没有多开一个空间去匹配，多开这个空间的意义是用来判断需要多少次执行多少次析构函数的
2.3operator 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。
2.3.1operator new与operator delete函数底层原理：
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 );//调用free()
__FINALLY
_munlock(_HEAP_LOCK); /* release other threads */
__END_TRY_FINALLY
return; }
//free的实现
#define free(p) _free_dbg(p, _NORMAL_BLOCK)
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。
2.4new和delete的实现原理
2.4.1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。
2.4.2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
2.4.3示例演示：
new会调用构造函数，new是关键字，malloc那些是函数
new可以初始化
int* p1 = new int(10);
int* p2 = new int[10]{ 1,2,3,4 };
new的底层是malloc
delete要先调用析构函数，在释放p指向的空间
class Stack
{
public:
Stack()
{
cout << "Stack()" << endl;
_a = new int[4];
_top = 0;
_capacity = 4;
}
~Stack()
{
cout << "~Stack()" << endl;
delete[] _a;
_top = _capacity = 0;
}
private:
int* _a;
int _top;
int _capacity;
};
int main()
{
//int* p5 = new int;
Stack* s1 = new Stack;
free(s1);
return 0;
}
最好配套使用，free不会析构
底层细节
3.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：
- malloc和free是函数，new和delete是操作符
- malloc申请的空间不会初始化，new可以初始化
- 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，
如果是多个对象，[]中指定对象个数即可 - 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
- 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 - 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
4.定位new：
4.1定位new的写法：
int main()
{
A a;
a.~A();
a.A();
return 0;
}
对于一个类，我们可以显式的去调用类的析构函数，但是不能显式调用构造函数，那么使用定位new，就可以显式调用类的构造函数，对一块空间重新初始化。
4.2定位new的使用方法：
new (指针) 类名或者new (指针) type(初始化列表)
int main()
{
Date d1;
new(&d1)Date;//new (指针)类名
Date* p = new Date[4]{ {2022,10,15},{2023,11,8} };
new(p)Date[4];//new (指针) type(初始化列表)
delete[] p;
return 0;
}
使用场景
定位new表达式在实际中一般是配合内存池使用。因为内存池分配出的内存没有初始化，所以如
果是自定义类型的对象，需要使用new的定义表达式进行显示调构造函数进行初始化。
4.2定位new的使用方法：
new (指针) 类名或者new (指针) type(初始化列表)
int main()
{
Date d1;
new(&d1)Date;//new (指针)类名
Date* p = new Date[4]{ {2022,10,15},{2023,11,8} };
new(p)Date[4];//new (指针) type(初始化列表)
delete[] p;
return 0;
}
使用场景
定位new表达式在实际中一般是配合内存池使用。因为内存池分配出的内存没有初始化，所以如
果是自定义类型的对象，需要使用new的定义表达式进行显示调构造函数进行初始化。
