一、C/C++内存分布

从用途和存储的角度来看，在C/C++程序中有局部数据、静态数据、全局数据、常量数据、动态申请的数据五种主要的数据，各种数据的特点如下：

局部数据：随用随创建，存储在栈区，作用域只在局部，生命周期在局部，出了作用域就销毁。

静态数据：存储在数据段，作用域只在局部或当前文件，生命周期伴随程序“一生”。

全局数据：存储在数据段，作用域在全局，生命周期伴随程序“一生”。

常量数据：存储在代码段。

动态申请的数据：存储在堆区。

小Tips：这里需要注意char char2[] = "abcd";，"abcd"是常量字符串，存储在代码段，但是char2只是一个局部域的数组，它会把这个常量字符串拷贝一份，存储在栈区，然后char2是数组名，表示数组首元素的地址，这里表示的就是拷贝过来存储在栈区的字符串的首元素地址，并不是表示代码段中常量字符串的首元素地址。其次，const并不会改变变量的存储区域，因为pChar3是一个局部变量，所以它还是存储在栈区，前面加const修饰，是因为它存的是代码段中常量字符串的首地址。可见只要是在局部创建的变量，只要前面没有加static修饰，那这个变量一定是存储在栈区。

📖总结：

栈：又叫堆栈，用于存放非静态局部变量、函数参数、返回值等等，栈是向下生长的。

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内存，做进程间通信。

堆：用于程序运行时动态内存分配，堆是向上增长的。

数据段：用于存储全局数据和静态数据。

代码段：用于存储可执行的代码/只读的常量。

小Tips：数据段也可以叫做静态区，代码段也可以叫做常量区。其中数据段和代码段是站在操作系统的角度进行划分的，而静态区和常量区是站在语言的角度进行划分的。

二、C++内存管理方式

在学习C语言时，提到的4个内存管理函数malloc、realloc、calloc、free大家还记得嘛👀？忘了的话可以走传送门，回去看看。在C++中我们任然可以使用C语言中的内存管理方式，但有些地方就无能为力了，而且使用起来比较麻烦，因此C++中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。

2.1 new和delete操作内置类型

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，不初始化
  int* ptr6 = new int[10];
  // 动态申请10个int类型的空间，并初始化前三个
  int* ptr7 = new int[10]{1,2,3};
  delete ptr4;
  delete ptr5;
  delete[] ptr6;
  delete[] ptr7;
}

小Tips：new对内置类型来说，和C语言一样，只是纯粹的开空间，对于动态申请到的空间，如果不进行人为初始化的话，里面存的都是随机值。动态申请并初始化，类型后面跟的是圆括号()，动态申请多个连续空间，类型后面跟的是方括号[]，如果要对这多个连续的空间初始化，可以在[]的后面跟{}，里面是初始化的数据，可以只初始化一部分，后面默认补0。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[]

2.2 new和delete操作自定义类型

📖C语言的玩法

先来回顾一下，C语言中针对自定义类型是怎么玩的，以动态申请一个链表节点为例：

//节点类型
struct List_Node
{
  int _val;
  struct List_Node* _next;
};
//申请节点的函数
List_Node* BuyListNode(int x)
{
  List_Node* tmp = (List_Node*)malloc(sizeof(List_Node));
  if (nullptr == tmp)
  {
    perror("malloc");
    exit(-1);
  }
  tmp->_val = x;
  tmp->_next = nullptr;
}
int main()
{
  //动态申请三个节点
  List_Node* p1 = BuyListNode(1);
  List_Node* p2 = BuyListNode(2);
  List_Node* p3 = BuyListNode(3);
  return 0;
}

如上面的代码所示，在C语言中，要想为自定义类型动态申请一块空间，我们单独封装了一个函数BuyListNode，这个函数完成了空间申请、合理性检查、初始化等工作，然后通过调用这个函数实现自定义类型的动态内存申请。

📖C++的玩法

class A
{
public:
  A(int a = 0)
    : _a(a)
  {
    cout << "A():" << this << endl;
  }
  ~A()
  {
    cout << "~A():" << this << endl;
  }
private:
  int _a;
};
int main()
{
  //通过new动态申请一块空间，存储A类型变量
  A* p2 = new A(1);
  delete p2;
  //通过new动态申请3个连续空间，存储3个A类型的数据
  A* p6 = new A[3];
  delete[] p6;
  return 0;
}

通过打印结果可以看出，new/delete对于自定义类型出了开空间，还会调用构造函数和析构函数。

小Tips：上面代码中A* p2 = new A(1);，我们进行了人为的初始化，即用圆括号传了一个1，由于new会去调用构造函数，所以这个1最终会被A类构造函数的形参接受，用于初始化对象中的_a成员变量；而A* p6 = new A[3];申请的3个连续空间（数组），我们并没有进行人为的初始化，这在当前环境下也是可以的，因为构造函数的形参有缺省值，属于默认构造函数，new去调用构造函数的时候，可以不需要传实参直接使用缺省值，但是如果A类没有默认构造函数，那我们在使用new动态申请空间的时候，一定要进行人为的传值初始化。

如果A类没有默认构造函数，我们在new的时候就需要人为的传参进行初始化，像下面这样。

//通过new动态申请一块空间，存储A类型变量
A* p2 = new A(1);
//通过new动态申请10个连续空间，存储10个A类型的数据
A* p6 = new A[3]{ 1, 2, 3 };//通过隐式类型转换去初始化
A* p6 = new A[3]{ A(1), A(2), A(3) };//通过匿名对象去初始化
//A* p6 = new A[3]{ A(1), A(2)};//申请了三块空间，只初始化了两个，这是不被允许的

小Tips：对于动态申请的自定义类型数组，如果该自定义类型没有默认构造，则需要进行人为的初始化，并且申请了几块空间就要初始化几个，不像动态申请的内置类型数组，可以只初始化前面一部分，后面默认是0。此外，如果该类的构造函数有多个形参（超过一个），就不支持隐式类型转换去初始化了，可以继续使用匿名对象去初始化。

📖一些建议

这里建议大家malooc、free、new、delete、new[]、delete[]不要混用，严格按照下面的对应关系去使用：

malloc——free

new——delete

new[]——delete[]

对于内置类型，混用了可能没什么，但是对于自定义类型可就不一定了。

三、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在底层通过调用operator delete全局函数来释放空间。

小Tips：operator new和operator delete并不是简单的运算符重载哦。

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: 该函数最终是通过free来释放空间的
*/
void operator delete(void *pUserData)
{
     _CrtMemBlockHeader * pHead;
     RTCCALLBACK(_RTC_Free_hook, (pUserData, 0));
     if (pUserData == NULL)
         return;
     _mlock(_HEAP_LOCK);  /* block other threads */
     __TRY
         /* get a pointer to memory block header */
         pHead = pHdr(pUserData);
          /* verify block type */
         _ASSERTE(_BLOCK_TYPE_IS_VALID(pHead->nBlockUse));
         _free_dbg( pUserData, pHead->nBlockUse );
     __FINALLY
         _munlock(_HEAP_LOCK);  /* release other threads */
     __END_TRY_FINALLY
     return;
}
/*
free的实现
*/
#define   free(p)               _free_dbg(p, _NORMAL_BLOCK)

上面就是operator new和operator delete的实现，从中我们可以发现，operator new实际上也是通过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。

小Tips：operator new、operator delete和malloc、free在功能上相似，都是到堆上申请空间，然后释放空间，它们的区别在于，前者失败了会抛异常，而后者失败了是返回错误码，通过返回值来表示这一块有问题。抛异常是面向对象语言的一大特色，关于异常春人会在后面的文章中给大家分享，感兴趣的友友可以关注一下春人哟。