C++动态内存管理

1.c++内存管理方式

c语言中用动态内存管理方式为malloc/calloc/realloc/free等，在c++中可以继续使用，但是对于c++中自定义类型c语言就显得不太容易管理，因此c++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

1.1new和delete

new和delete对内置类型的操作。

int main()
{
     //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[]
	int* a = new int;//int为类型
	int* b = new int(20);//（）是进行初始化
	int* c = new int[10];//[]里面为对象个数
	//使用完之后一定要用delete进行释放。
	delete a;
	delete b;
	delete[] c;
}

new和delete对自定义类型的操作

class A
{
public:
	A(int a = 0)
		: _a(a)
	{
		cout << "A():" << this << endl;	 
	}
	~A()
	{
		cout << "~A():" << this << endl;
	}
private:
	int _a;
};
int main()
{
	// new/delete 和 malloc/free最大区别是 new/delete对于自定义类型除了开空间还会调用构造函数和析构函数，
	//  而malloc和free不会调用构造函数和析构函数
	A* p2 = new A(1);
	delete p2;
	return 0;
}

那么大家会问c++语言在设计的时候,为何不让直接让malloc申请空间之后调用构造函数,让free释放空间时调用析构函数,而是对其进行封装呢?因为malloc和free是C语言标准库当中的函数,而c++为了兼容C语言并没有对其进行修改.

2 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。

operator new
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。

定义：

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
operator delete: 进入该函数之后,先判断指针指向的空间是否为空,如果为空直接返回,如果不为空则通过free来释放空间
定义：

void operator delete(void *pUserData){
     .....
     if (pUserData == NULL){
           return;
      _free_dbg( pUserData, pHead->nBlockUse );
     .....
return;
}

通过上述两个全局函数的实现知道，operator new 实际是通过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。
其他：
1.new操作符: 用来申请空间的new关键字,比如: T* ptr = new T;(delete操作符相同)
2.操作符new: 是一个函数,比如: void* operator new(size_t size);
3.注意: 操作符new是一个函数,因此其可以重新实现(重载),一般情况下不需要重载,直接使用库提供的就可以.除非有特殊需求—>比如: 申请空间时顺便打印日志信息,帮助定位内存泄漏.
4.操作符delete: 一般情况下不会重新实现该函数,因为自己实现后,就不会执行析构函数了.

3.定位new表达式(placement-new)

定位new表达式的使用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表达式是在已分配的原始内存空间中调用构造函数初始化一个对象.。

class A
{
public:
	A(int a = 0)
		: _a(a)
	{
		cout << "A():" << this << endl;
	}
	~A()
	{
		cout << "~A():" << this << endl;
	}
private:
	int _a;
};
// 定位new/replacement new
int main()
{
	// p1现在指向的只不过是与A对象相同大小的一段空间，还不能算是一个对象，因为构造函数没有执行
	A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));
	new(p1)A;     
	//注意：如果A类的构造函数有参数时，此处需要传参
	p1->~A();
	free(p1);
	A* p2 = (A*)operator new(sizeof(A));
	new(p2)A(10);
	p2->~A();
	operator delete(p2);
	return 0;
}

4.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，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，
   如果是多个对象，[]中指定对象个数即可
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

5.内存泄漏

首先我们要了解什么是内存泄漏
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。

5.1内存泄漏的种类

第一种：堆内存泄漏(Heap leak)

堆内存指的是程序执行中依据须要分配通过malloc / calloc / realloc / new等从堆中分配的一块内存，用完后必须通过调用相应的 free或者delete 删掉。假设程序的设计错误导致这部分内存没有被释放，那么以后这部分空间将无法再被使用，就会产生Heap Leak。

第二种：系统资源泄漏

指程序使用系统分配的资源，比方套接字、文件描述符、管道等没有使用对应的函数释放掉，导致系统
资源的浪费，严重可导致系统效能减少，系统执行不稳定。

我们知道了内存泄漏的不同种类和发生条件，我们也就可以去检测内存泄漏。
在vs下，可以使用windows操作系统提供的_CrtDumpMemoryLeaks() 函数进行简单检测，该函数只报出了大概泄漏了多少个字节，没有其他更准确的位置信息。因此写代码时一定要小心，尤其是动态内存操作时，一定要记着释放。但有些情况下总是防不胜防，简单的可以采用上述方式快速定位下。如果工程比较大，内存泄漏位置比较多，不太好查时一般都是借助第三方内存泄漏检测工具处理的。