【1++的C++初阶】之内存管理

作者主页：进击的1++
专栏链接：【1++的C++初阶】

一，C/C++的内存分布

如上图所示，C/C++程序在运行时占用的内存主要是这几部分

 1.  栈：函数栈帧是建立在栈中的，所以在栈中会存储一些非静态局部变量，函数参数，返回值等。
 2. 堆：我们动态申请的内存就在堆中。
 3. 内存映射段：后面的文章会涉及，暂时不是很了解。
 4. 数据段：全局变量，static修饰的变量，函数等。
 5. 代码段：const修饰的只读常量，可执行程序等。

二，malloc，realloc，calloc的区别

我们首先来说他们各自的作用与用法：

1. malloc：malloc是C语言中用来动态申请内存的函数，它能够申请所输入参数大小的空间，单位为字节，并且malloc的类型为void*，因此，在使用时要进行强制类型转换。
2. calloc：calloc和malloc的功能差不多，区别就是，在申请内存的同时，能够将内存初始化为0。
3. realloc：reallocation主要进行扩容，其有两种扩容方式，一是，在原来申请内存的后面扩容，二是，由于其后面的内存不够，另找一块地方，将原来申请内存中的内容拷贝到新的申请的内存中。
4. 它们申请失败都会返回NULL，因此要加断言或判断语句来进行判断是否申请成功。

三，C++的内存管理- -new和delete

初识new和delete

我们来看以下代码：

void Test()
{
	int* ptr1 = new int;//申请一个int类型的空间
	int* ptr2 = new int[3]{1,2,3};//申请三个int类型的空间，并将其分别初始化为1，2，3
	int* ptr3 = new int(10);//申请一个int类型的空间，并将其初始化为10
	
}
int main()
{
	Test();
	return 0;
}

其运行结果如下图：

以上就是new的几种用法，要注意的是，在第二种用法中，对开辟的空间要全部初始化，不能初始化部分。

再来看下面的代码：

void Test()
{
	int* ptr1 = new int;
	int* ptr2 = new int[3]{1,2,3};
	int* ptr3 = new int(10);
	delete ptr1;
	//delete[] ptr2;
	delete ptr2;
	delete ptr3;
}
int main()
{
	Test();
	return 0;
}

运行结果如下：

通过上述结果，我们发现new 要与delete搭配，当要释放申请了多个对象的连续空间时，就必须用delete [] xxx来进行释放。
也就是new [] 要与delete [] 搭配。

new和delete操作自定义类型

我们来看下面这段代码：

class Date
{
public:
	Date(int year = 2023, int month = 5, int day = 3)
		:_year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)

	{
		cout << "Date()" << endl;
	}

	~Date()
	{
		cout << "~Date()" << endl;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

void Test2()
{
	Date* p1 = (Date*)malloc(sizeof(Date));
	Date* p2 = new Date(2022,5,18);
	//Date* p3 = new Date[3];
	free(p1);
	delete p2;
	//delete[] p3;
}

运行结果如下：

将p2屏蔽后：

通过观察上述两张运行结果图，我们发现，使用new和delete编译器会自己调用其构造与析构函数，而使用malloc与free则不会。而对于内置类型，则几乎没区别。

深度剖析new与delete

我们将上述代码的汇编指令调出来，如下图：

在图中我们可以清楚的观察到，new先是调用了operator new然后调用了其构造函数。delete也是类似先调用其析构，再调用operator delete。那么什么是operator new和opertaor delete呢？

operator new 和operator delete是系统提供的全局函数与前面所学的类重载的函数是不同的；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，如果应对措施用户设置了，则继续申请，否则抛异常。malloc申请失败返回NULL，而new会抛异常。
operator delete: 该函数最终是通过free来释放空间的。

定位new

什么叫定位new？定位new就是已分配的原始内存空间中调用构造函数初始化一个对象。

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。

定位new的简单使用如下代码：

void Test2()
{
	Date* p1 = (Date*)malloc(sizeof(Date));
	//Date* p2 = new Date(2022,5,18);
	//Date* p3 = new Date[3];
	new(p1)Date;//定位new显式调用构造函数
	 p1->~Date();//显式调用析构函数
	free(p1);
	//delete p2;
	//delete[] p3;
}

运行结果如下：

四，new/delete与malloc/free的区别

1. new delete是操作符而malloc，free是函数。
2. new可以就行初始化而malloc不可以。
3. 对于自定义类型new，delete会调用构造与析构函数，而malloc,free不会。
4. new申请空间失败后会抛异常而malloc会返回NULL.
5. new相较于malloc用起来更加方便。