C++：内存分布和管理方式以及底层实现对比

本篇主要写C和C++中内存分布和管理方式，以及一些和动态内存管理相关的函数

C和C++的内存分布

下面的图对内存分布做了很好的划分，后续会有更加详细学习，这里主要对一些表面常见的进行学习

• 全局变量作用在静态区
• 临时变量作用在堆区
• 动态内存申请的空间是在堆上开辟的
• 一些常量会放在代码段存储
  

C++的内存管理方式

先看这样的场景：

这是一个用C++写的很普通的栈，主函数中定义了一个对象，默认执行了构造函数，进行了类内成员的初始化，但这是在栈区上产生的，如果我想在堆区生成一个栈？

此时问题就出现了，用malloc生成的对象内部居然没有进行初始化，里面存的值都是随机值，未来也没法进行使用，而构造函数也不能直接调用(后续会说到)，那这是为什么？

原因在于，malloc只会生成这个对象，而并不会对这个对象进行初始化，同理，free只会释放生成的对象，并不会对对象调用析构函数，如果创建的对象中没有在堆上开辟空间还好，如果开辟没有及时释放就会造成内存泄漏，具体的原理可以用下图来表示

因此这里就引入了new，new存在的作用就是为类内成员变量的初始化而服务的，简单来说，new可以理解成在malloc的基础上还能调用类内的构造函数，进行赋初值或初始化的操作

new和delete的用法主要有下面这些：

int main()
{
	int* ptr1 = new int;       // 动态申请一个int类型的空间
	int* ptr2 = new int(10);   // 动态申请一个int类型的空间再初始化为10
	int* ptr3 = new int[3];    // 动态申请三个int类型的空间

	delete ptr1;
	delete ptr2;
	delete[] ptr3;
	return 0;
}

operator new 和 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

事实上，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。

由此可见，对于自定义类型来说，new的操作原理是先调用operator new，用malloc作为底层逻辑实现方式创建内存空间，再调用构造函数进行对对象的初始化，进入汇编看：

operator new函数就是在malloc的基础上改善了创建失败的情形，再结合了构造函数最终封装成了new这个操作符

malloc/free和new/delete的区别？

(简化用法+解决动态申请的自定义对象的初始化问题)

• 从简化用法的角度来看：

1. malloc和free是函数，new和delete是操作符
2. malloc申请的空间不会被初始化，而new申请的空间可以被初始化
3. malloc申请空间需要自己计算大小并传参，而new只需要加上空间的类型，创建多个对象也只需要在[]中加上对象的个数
4. malloc的返回值是void*，在使用的时候必须强制转换，new不需要，它后面跟的是空间的类型
5. malloc申请空间失败要手动检查，new只需要捕获异常即可

• 从解决动态申请的自定义对象的初始化问题来看：

1. 申请自定义类型对象，malloc和free只开辟空间，不会调用构造函数和析构函数，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
2. 从底层角度看，new和delete在底层是调用operator new与operator delete，再进行一定程度的修饰例如添加构造函数和析构函数的调用和抛异常等，以此来封装成了new和delete，但实质上还是执行了malloc和free

内存泄漏问题

什么是内存泄漏？内存泄漏的危害？

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。