C++内存管理
1. C/C++内存分布
在学习之前可以先来测试一下，看自己对内存了解多少
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);
}
1. 选择题：
选项 : A.栈 B.堆 C.数据段(静态区) D.代码段(常量区)
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？____
2. 填空题：
sizeof(num1) = ____;
sizeof(char2) = ____; strlen(char2) = ____;
sizeof(pChar3) = ____; strlen(pChar3) = ____;
sizeof(ptr1) = ____;答案：（从左至右）
C C C A A
A A A D A B
40 5 4 4/8 4 4/8
需要注意char2和pChar3的区别，char2是数组。他只是将常量区的字符串赋值给自己，所以*char2是在栈区，而pChar3是指针，他是指向常量区的，所以*pChar3在常量区。
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。
2. C语言中动态内存管理
void Test()
{
int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int));
free(p1);
int* p2 = (int*)calloc(4, sizeof(int));
int* p3 = (int*)realloc(p2, sizeof(int) * 10);
// 这里需要free(p2)吗？
free(p3);
}realloc分为原地扩容和异地扩容，如果是原地扩容，p2和p3其实是一样的，指向了相同的空间，释放p3即可释放p2；如果是异地扩容，编译器会自动将p2释放掉。所以p2是不需要手动释放的。
3. 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
3.1 new/delete操作内置类型
void Test()
{
// 动态申请一个int类型的空间
int* ptr1 = new int;
// 动态申请一个int类型的空间并初始化为10
int* ptr2 = new int(10);
// 动态申请10个int类型的空间
int* ptr3 = new int[3];
// 动态申请三个int类型的空间并且分别初始化为1，2，3
int* ptr4 = new int[3]{1, 2, 3};
// 动态申请10个int类型的空间并且全部初始化为0
int* ptr5 = new int[10]{};
delete ptr1;
delete ptr2;
delete[] ptr3;
delete[] ptr4;
delete[] ptr5;
}C++兼容C语言，内置类型的动态申请，用法简化了，功能其实是一样的。
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。
3.2 new和delete操作自定义类型
对于内置类型，new和delete仅仅是创建的时候更方便了，但是真正的价值其实是创建自定义类型。
A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));使用malloc创造新对象的时候，是不会调用构造函数的，如果我们想调用一下构造函数，发现其实是做不到的，所以C++加入了new的概念
void Test3()
{
//malloc没有办法很好支持动态申请的自定义对象初始化
A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));
//自定义类型，开空间+调用构造函数初始化
A* p2 = new A;
A* p3 = new A(3);
//自定义类型，调用析构函数+释放空间
delete p2;
delete p3;
}new: 自定义类型，开空间+调用构造函数初始化
delete: 自定义类型，调用析构函数+释放空间
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，内置类型是几乎是一样的。
4.new失败
使用malloc失败之后会返回一个空指针，但是使用new就不会发生这种情况，而是会抛出一个异常。
int main()
{
char* ptr = new char[0x7fffffff];
return 0;
}当我们创建了这么大的一个空间时，空间不够就会抛出异常。
解决方法就是要捕获异常。
int main()
{
try
{
char* ptr = new char[0x7fffffff];
cout << "1111" << endl;
}
catch(const exception& e)
{
cout << e.what() << endl;
}
return 0;
}当抛出异常之后，便不会再执行异常之后的代码了，直接跳转到catch位置。如果不捕获异常的话，程序就会直接终止。
如果，try内部没有出现异常，则不会进入catch。
5. operator new与operator delete函数
new分为两个部分，第一是创造空间，第二是调用构造函数，而创建空间其实是operator new函数完成的。
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。
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。
operator new 和operator delete只是将malloc和free封装起来了，并不是给用户使用的，而是给new和delete使用。
6. new和delete的实现原理
6.1 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。
6.2 自定义类型
new的原理
1. 调用operator new函数申请空间
2. 在申请的空间上执行构造函数，完成对象的构造
delete的原理
1. 在空间上执行析构函数，完成对象中资源的清理工作
2. 调用operator delete函数释放对象的空间
new T[N]的原理
1. 调用operator new[]函数，在operator new[]中实际调用operator new函数完成N个对象空间的申请请
2. 在申请的空间上执行N次构造函数
delete[]的原理
1. 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
2. 调用operator delete[]释放空间，实际在operator delete[]中调用operator delete来释放空间
7 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， 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