内存区域划分介绍
我们平时写的代码是以文件的形式存在磁盘上
编译链接->可执行程序（.exe等）
可执行程序还是一个文件存在磁盘上，该文件主要部分是二进制指令代码和数据
不同的数据要放到不同的区域（这些区域是操作系统划分的）
加载的主要数据是全局变量，常量数据，把二进制指令加载到代码段，堆和栈的数据此时不开，栈上的区域是在建立栈帧的时候开辟的，堆上的是通过动态内存管理进行空间开辟或是释放的
内存分布
先做下面几道选择题入门
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)
对于char2，"abcd"存在于常量区，拷贝了一份给char2，char2在栈区,*char2也在栈区，因为char2指向拷贝的这一份
pchar3是个指针，指针在栈区，指针指向常量区，*pchar3在堆上
ptr1是指针，这个指针在栈上，只不过指针指向了开辟在堆上的空间，*ptr1在堆上
sizeof(num1) =40;
sizeof(char2) = 5; strlen(char2) =4 ;
sizeof(pChar3) = 4/8; strlen(pChar3) =4 ;
sizeof(ptr1) = 4/8;
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。
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]; delete ptr4; delete ptr5; delete[] ptr6; }
如果new的时候带有[]，delete的时候也要带[]
C++98不支持new的时候对数组初始化，C++11支持new[]用{}初始化
new和delete只要应用与自定义类型
new开辟的空间不需要去判断是否开辟成功，对于自定义类型，new还会使用构造函数初始化，没传参数会调用默认构造函数
class A { public: A(int a ) : _a(a) { cout << "A():" << this << endl; } ~A() { cout << "~A():" << this << endl; } private: int _a; }; int main() { A* p2 = new A; return 0; }
没有默认构造就会报错，这个在之前博客里面有提到过 ，但可以传参
#include<iostream> using namespace std; class A { public: A(int a ) : _a(a) { cout << "A():" << this << endl; } ~A() { cout << "~A():" << this << endl; } private: int _a; }; int main() { A* p2 = new A(100); delete p2; return 0; }
delete会调用析构函数 ，而free则不会调用
结论：new/delete是为自定义类型准备的，不仅在堆上申请出来，还会调用构造和析构函数进行初始化和清理
创建十个自定义类型
先初始化的后析构
也可以在new的时候给赋值
#include<iostream> using namespace std; class A { public: A(int a=0) : _a(a) { cout << "A():" << this << endl; } ~A() { cout << "~A():" << this << endl; } private: int _a; }; int main() { A* p2 = new A[10]{ {1},{2},{1},{1},{1},{1},{1},{1}, {1}, {1}}; delete[] p2; return 0; }
这几种方式都可以
malloc开辟失败返回0(NULL),new失败抛异常
抛异常
new失败不需要检查返回值，它失败了是抛异常
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。
new的反汇编里面可以看到这俩句指令
这里的operator new不是重载，是全局函数，是用来帮助new开空间的，在堆上开辟
以下是operator new的底层实现
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); }
里面可以看到malloc函数，也就是说new开空间最终还是调用了malloc函数，并且在里面加入了失败后抛异常，这里封装malloc是为了符合C++new失败的机制
这个operator new我们可以自己用
实际当作，我们不要去用operator new和operator delete，最好用封装好的new和delete
operator delete和operator new一样，operator delete是调用了free
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)
重载operator new与operator delete
注意：一般情况下不需要对 operator new 和 operator delete进行重载，除非在申请和释放空间时候有某些特殊的需求。比如：在使用new和delete申请和释放空间时，打印一些日志信息，可以简单帮助用户来检测是否存在内存泄漏。
如果我们重载了自己专属的operator new和operator delete，则使用时会调用我们自己重载的，如果我们不写重载的operator new和operator delete，则会调用库里面的
// 重载operator delete，在申请空间时：打印在哪个文件、哪个函数、第多少行，申请了多少个 字节 void* operator new(size_t size, const char* fileName, const char* funcName, size_t lineNo) { void* p = ::operator new(size); cout << fileName << "-" << funcName << "-" << lineNo << "-" << p << "-" << size << endl; return p; } // 重载operator delete，在释放空间时：打印再那个文件、哪个函数、第多少行释放 void operator delete(void* p, const char* fileName, const char* funcName, size_t lineNo) { cout << fileName << "-" << funcName << "-" << lineNo << "-" << p << endl; ::operator delete(p); } // 上述调用显然太麻烦了，可以使用宏对调用进行简化 // 只有在Debug方式下，才调用用户重载的 operator new 和 operator delete #ifdef _DEBUG #define new new(__FILE__, __FUNCTION__, __LINE__) #define delete(p) operator delete(p, __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__) #endif
如果多次用new，我们想检测内存有没有泄漏，这时候我们就可以自己写一个
class A { public: A(int a=0) : _a(a) { cout << "A():" << this << endl; } ~A() { cout << "~A():" << this << endl; } A(const A& d) { cout << "A(const A& d):" << this << endl; } private: int _a; }; // 重载operator delete，在申请空间时：打印在哪个文件、哪个函数、第多少行，申请了多少个 void* operator new(size_t size, const char* fileName, const char* funcName, size_t lineNo) { void* p = ::operator new(size); cout << fileName << "-" << funcName << "-" << lineNo << "-" << p << "-" << size << endl; return p; } // 重载operator delete，在释放空间时：打印再那个文件、哪个函数、第多少行释放 void operator delete(void* p, const char* fileName, const char* funcName, size_t lineNo) { cout << fileName << "-" << funcName << "-" << lineNo << "-" << p << endl; ::operator delete(p); } // 上述调用显然太麻烦了，可以使用宏对调用进行简化 // 只有在Debug方式下，才调用用户重载的 operator new 和 operator delete #ifdef _DEBUG #define new new(__FILE__, __FUNCTION__, __LINE__) #define delete(p) operator delete(p, __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__) #endif int main() { // 对重载的operator new 和 operator delete进行调用 A* p1 = new A; A *p2 = new A; A* p3 = new A; A* p4 = new A; A* p5 = new A; A* p6 = new A; delete p1; delete p2; delete p3; delete p4; delete p5; delete p6; return 0; }
我们也可以在一个内里面写一个这个类重载专属的operator new，使用new的时候就会去类里面调用这个重载的专属operator new，operator delte也是如此,如果频繁的申请内存，次数过多会造成碎片化，我们这个时候可以用内存池
struct ListNode { int _val; ListNode* _next; // 内存池 static allocator<ListNode> alloc; void* operator new(size_t n) { cout << "operator new -> STL内存池allocator申请" << endl; void* obj = alloc.allocate(1); return obj; } void operator delete(void* ptr) { cout << "operator delete -> STL内存池allocator申请" << endl; alloc.deallocate((ListNode*)ptr, 1); } struct ListNode(int val) :_val(val) , _next(nullptr) {} }; // allocator以后会讲，现在先会用即可 allocator<ListNode> ListNode::alloc; int main() { // 频繁申请ListNode. 想提高效率 -- 申请ListNode时，不去malloc，而是自己定制内存池 ListNode* node1 = new ListNode(1); ListNode* node2 = new ListNode(2); ListNode* node3 = new ListNode(3); delete node1; //delete node2; delete node3; return 0; }
频繁的new，想提高效率，申请listnode时，不去malloc，而是自己定制的内存池，只有ListNode去自己写的operator new调用，其它的类会去库里面调用默认的new
内存池是像内存申请一大块空间给自己使用，每次用的时候去自己的空间取，而malloc是每次都要向内存申请，会造成空间利用率不高
定位new表达式(placement-new)
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
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。
对已分配的空间调用构造函数初始化
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
