【C++】内存管理

C/C++中内存区域的划分

内核空间，用户代码不能读写；

 栈区又叫做堆栈，用于存储非静态局部变量/函数参数/返回值等等，栈是向下增长的；

 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；

 堆区用于程序运行是动态内存分配，是我们动态开辟空间的区域，堆是向上增长的；

 数据段也叫作静态区，用于存储全局数据和静态数据；

 代码段也叫作常量区，用于存放可执行的代码/只读常量。

int globalVar = 1;
static int staticGlobalVar = 1;
int main()
{
  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);
  return 0;
}

C语言中动态内存管理回顾

  malloc：从内存池中提取一块合适的内存，并向该程序返回一个指向这块内存的指针，这块内存并没有以任何形式进行初始化；

calloc：用于内存分配，和malloc的区别是，在返回指向内存的指针之前会把它初始化为0；

  realloc：用于修改一个已经分配好的内存块大小，可以进行扩大或缩小。在扩大时如果后续的空间不够了，会进行异地扩。

具体详细内容

C++内存管理方式

  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[]。

int main()
{
  // 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5个int类型的空间
  int* ptr3 = new int[5];
  // 动态申请5个int类型的空间，并进行部分初始化
  int* ptr4 = new int[5] {1, 2, 3};
  delete ptr1;
  delete ptr2;
  delete[] ptr3;
  delete[] ptr4;
  return 0;
}

在申请自定义类型的空间时，new会调用构造函数，delete会调用析构函数，而malloc和free不会。

class A
{
public:
  A(int a = 0)
    : _a(a)
  {
    cout << "A():" << this << endl;
  }
  ~A()
  {
    cout << "~A():" << this << endl;
  }
private:
  int _a;
};
int main()
{
  A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));
  A* p2 = new A(1);
  free(p1);
  delete p2;
  cout << endl;
  //内置类型
  int* p3 = (int*)malloc(sizeof(int));
  int* p4 = new int;
  free(p3);
  delete p4;
  A* p5 = (A*)malloc(sizeof(A) * 3);
  A* p6 = new A[3];
  cout << endl;
  free(p5);
  delete[] p6;
  return 0;
}

 new和delete是一对，malloc和free是一对，不能够混用。不能用delete来释放malloc出来的空间，也不能用free来释放new出来的空间。

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和delete的实现原理

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和delete申请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。

 C++中用operator new封装了malloc，这样malloc失败之后就抛异常。

 new原理：调用operator new函数申请空间，然后在申请的空间上调用构造函数，完成对象的构造；

 delete原理：在空间上执行析构函数，完成对象中资源的清理工作，然后调用operator delete函数释放对象的空间；

 new T[N]原理：调用operator new[]函数，在operator new[]中实际调用operator new函数完成N个对象的申请空间，然后再执行N次构造函数；

 delete[]原理：在要释放的空间上执行N次析构函数，完成N个对象中的资源清理，然后调用operator delete[]释放空间，实际在operaor delete[]中调用operator delete来释放空间。

class A
{
public:
  A(int a = 0)
    : _a(a)
  {
    cout << "A():" << this << endl;
  }
  ~A()
  {
    cout << "~A():" << this << endl;
  }
private:
  int _a;
};
int main()
{
  // 失败了会抛异常
  int* p1 = (int*)operator new(sizeof(int*));
  // 失败了返回nullptr
  int* p2 = (int*)malloc(sizeof(int*));
  if (p2 == nullptr)
  {
    perror("malloc fail");
  }
  A* p3 = new A;
  delete p3;
  A* p4 = new A[4];
  delete[] p4;
  return 0;
}
}

malloc/free和new/delete的区别

相同：都是从堆上申请空间，并且需要用户手动释放；

 不同：

   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只需要在其后跟上空间的类型即可；

   malloc的返回值为void*类型的指针，在使用时必须要进行强转，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，因此使用时必须要判空，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在申请空间后会嗲用构造函数完成对象的初始化，delete在释放空间钱会调用析构函数完成空间中资源的清理。

内存泄露

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。