C/C++内存管理
目录
一、内存的分布
二、C/C++动态内存管理方式
2.1C语言管理方式
2.2malloc和free的使用方法
2.3C++内存管理方式
2.4new和delete的使用
2.5new和delete与malloc和free的区别
2.6定位new表达式
三、内存泄漏
3.1什么是内存泄漏，内存泄漏的危害
3.2内存泄漏的分类
3.3如何避免内存泄漏
一、内存的分布
内存分布在四个区域，分别为栈区、堆区、数据区、代码区
栈区：指存放一些临时变量的区域，临时变量包括局部变量、返回值、返回地址、参数等，当这些变量超出其生命周期时，会自动销毁（如：栈帧的销毁），栈区的大小最大容量是有限的，当超过时就会发生栈溢出。分配内存空间时，是由高向低分配的
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。
堆区：用于程序运行时动态内存分配，堆是可以上增长的。分配内存空间时，是由低向高分配的
数据段：主要用来存放全局数据和静态数据，如：全局变量，静态变量
代码段：用来存储可执行代码，和只读常量，该区域的属性是只读的。
二、C/C++动态内存管理方式
2.1C语言管理方式
malloc-堆上开辟空间
calloc-在堆上动态开辟空间，并进行初始化。
realloc-扩容，针对已经存在的空间进行扩容，如果其后面空间不够了，那么就会异地扩容，并把原来的空间释放掉，如果后边空间还够，那么就原地扩容
2.2malloc和free的使用方法
在C语言中，malloc和free是系统提供的函数，配套使用的，用于从堆区申请内存空间（malloc）和释放内存空间（free）
malloc函数的原型
void* malloc(size_t size);free函数原型
Void free (void * memblock)malloc注意事项：
- 在 malloc 函数中，size 是表示需要申请的内存空间大小，申请成功将会返回该内存空间的地址；申请失败则会返回 NULL，并且申请成功也不会自动进行初始化。
- 该函数的返回值为 void *，在这里 void * 并不指代某一种特定的类型，而是说明该类型不确定，通过接收的指针变量从而进行类型的转换。
- 在分配内存时需要注意，即时在程序关闭时系统会自动回收该手动申请的内存 ，但也要进行手动的释放，保证内存能够在不需要时返回至堆空间，使内存能够合理的分配使用，防止内存泄漏。
free注意事项：
- free函数与malloc 函数配对使用，free函数释放申请的动态内存。对于free (p)这句语句，如果p 是NULL 指针，那么free 对p 无论操作多少次都不会出问题。
- 如果p 不是NULL 指针，那么free 对p连续操作两次就会导致程序运行错误 。因为第一次就已经把空间释放了，第二次属于非法访问了
- 要注意不能让指针指向未知的地址，要置为NULL（否则就是野指针）
2.3C++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。
注意：new和delete是操作符，是通过运算符的重载来实现的
2.4new和delete的使用
new的使用格式：
- 指针变量 = new 类型
- 指针变量 = new 类型 （用于初始化的值）
- 指针变量 = new 类型 [个数]
- 指针变量 = new 类型 [个数]（用于初始化的值）
个数表示：开辟该类型的总个数
例如：
void Test()
{
// 动态申请一个int类型的空间
int* ptr4 = new int;
// 动态申请一个int类型的空间并初始化为10
int* ptr5 = new int(10);
// 动态申请10个int类型的空间
int* ptr6 = new int[10];
//动态申请3个int类型的空间，并初始化为10
int* ptr7 = new int[3](10);
delete ptr4;
delete ptr5;
delete[] ptr6;
delete[] ptr7;
}注意：delete和new是配套使用的，delete【】和new【】是配套使用的，使用时要匹配使用，不然可能会出现问题。
2.5new和delete与malloc和free的区别
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
A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));
A* p2 = new A(1);
free(p1);
delete p2;
// 内置类型是几乎是一样的
int* p3 = (int*)malloc(sizeof(int)); // C
int* p4 = new int;
free(p3);
delete p4;
A* p5 = (A*)malloc(sizeof(A)*10);
A* p6 = new A[10];
free(p5);
delete[] p6;
return 0;
}
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
对自定义类型时：
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
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
2.6定位new表达式
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。
使用格式：
new (place_address) type或者new (place_address) type(initializer-list)
place_address必须是一个指针，initializer-list是类型的初始化列表
new(p1)A;
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。
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; //定位new// 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);//定位new
p2->~A();
operator delete(p2);
return 0;
}三、内存泄漏
3.1什么是内存泄漏，内存泄漏的危害
①什么是内存泄漏：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
②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。
void MemoryLeaks()
{
// 1.内存申请了忘记释放
int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int));
int* p2 = new int;
// 2.异常安全问题
int* p3 = new int[10];
Func(); // 这里Func函数抛异常导致 delete[] p3未执行，p3没被释放.
delete[] p3;
}3.2内存泄漏的分类
C/C++程序中一般我们关心两种方面的内存泄漏：
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。
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。
3.3如何避免内存泄漏
- 工程前期良好的设计规范，养成良好的编码规范，申请的内存空间记着匹配的去释放。ps： 这个理想状态。但是如果碰上异常时，就算注意释放了，还是可能会出问题。需要下一条智能指针来管理才有保证。
- 采用RAII思想或者智能指针来管理资源。
- 有些公司内部规范使用内部实现的私有内存管理库。这套库自带内存泄漏检测的功能选项。
- 出问题了使用内存泄漏工具检测。ps：不过很多工具都不够靠谱，或者收费昂贵。
总结：内存泄漏非常常见，解决方案分为两种：1、事前预防型。如智能指针等。2、事后查错型。如泄漏检测工具。
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