前言

之前在C语言的介绍中，小编给大家介绍了有关于C语言动态内存管理内存管理，那么在我们的C++中该又有着什么不同呢？下面小编会给大家细细讲解。

1. C/C++内存分布

在介绍C++动态内存之前，首先我们需要给大家讲解一下，我们在使用各个变量时该在空间的内存分布，以便于大家更好的理解我们的内存结构。

首先我们常使用到的数据有：

局部数据（存储在栈区）

静态和全局数据（静态区·）

常量数据（常量区）

动态申请的数据（堆区）

正是由于数据的类型不同，我们才会有其对应的不同区域的划分，使该数据具有不同的特性

那么为了大家更好的理解，我们下面就以题目的形式给大家介绍:

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？____

对于globalVar这个变量，我们可以很明显的看到，该是定义在全局的，所以该存储的是我们的静态区，对于staticGlobalVar变量很明显，该是一个静态变量，所以该也存储在静态区 ，staticVar变量该也是一个静态变量，存储在静态区，而对于localVar变量该是一个局部变量，所以其存储在栈中，num1 其是存储在局部的数组的数组名，所以该也存储在栈中。这里我们的char2是一个在局部定义字符数组，所以很明显char2是存储在栈区的，对于*char2，char2是该数组的首元素地址，所以解引用我们的到的是该数组首元素的内容，由于该数组是存储在栈区的，所以我们*char2也是存储在栈区，对于PChar3，该后面跟着的是一个常量字符串，但是对于PChar存储的是后面常量字符串的地址，作为一个指针，该是存储在栈区的，但是对于*pChar3，该指的就是后面常量字符串了，所以存储在常量区，对于ptr1，该表示的是该在堆区申请空间的地址，是存储在栈区的指针，而*ptr1就是存储在堆区了。

也就是：

还有我们需要注意的是我们的栈是从高地址开始使用，所以该是向下生长的，而堆与其相反。

2.C++内存管理方式

在介绍我们C++内存啊管理之前我们需要回忆一下C语言之前有关内存管管理的函数比如：malloc/calloc/realloc/free等，这里我们就以malloc和free为例与我们的C++内存管理方式进行一下对比。这里我们需要知道的是我们C++内存管理的方式是使用new和delete这两个操作符，那么该使用方式我们将其放在和C语言的内存管理进行对比然后讲解。

2.1 内置类型

首先是对于内置类型，这里我们看一段代码：

int main()
{
  //对于单个空间
  int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int));
  *p1 = 5;
  int* p2 = new int(5);
  free(p1);
  delete p2;
  //一块空间
  int* p3 = (int*)malloc(sizeof(int)*4);
  int* p4 = new int[4]{1,2,3,4};
  free(p3);
  delete[] p4;
  return 0;
}

首先对于单个变量来说，我们的malloc函数只需要申请一个该变量的空间大小即可，但是我们很明显的发现我们的malloc函数不能再申请空间的同时进行初始化，但是对于我们的new操作符，该在申请空间的时候还可以利用：new 类型（初始化内容），对其进行初始化，对于释放该空间我们暂时没有发现很大的差别。

另外对于申请一块空间，我们发现我们的malloc仍然不能在申请的同时进行初始化，而我们的new操作符的操作时这样的：new 类型 [申请空间大小] {初始化内容}，而应的我们的释放我们C++需要使用delete [] 去进行对一块空间的释放。

2.2 自定义类型

这里我们直接看代码：

#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
  A(int capacity)
  :_a(new int[capacity])
  , _length(0)
  , _capacity(capacity)
  {
  cout<<"A(int capacity"<<endl;
  }
  ~A()
  {
  cout << "~A() "<< endl;
  delete _a;
  }
  A(const A& d)
  {
  cout << "A(const A& d)" << endl;
  _a = new int(_capacity);
  memcpy(_a, d._a, sizeof(int) * _capacity);
  _capacity = d._capacity;
  _length =d._length;
  }
  A& operator=(A& d)
  {
  d._a = new int(_capacity);
  memcpy(d._a, _a, sizeof(int) * _capacity);
  d._capacity = _capacity;
  d._length = _length;
  return *this;
  }
private:
  int * _a;
  int _length;
  int _capacity;
};
int main()
{
  //一个对象
  A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));
  A* p2 = new A(5);
  free(p1);
  delete p2;
  //一组对象
  A* p3 = new A[2]{A(1),A(2)};
  A* p4 = (A*)malloc(sizeof(A)*2);
  free(p4);
  delete []p3;
  return 0;
}

这里我们运行一下：

这里可以发现我们这里系统调用了构造函数和我们的析构函数，这是什么原因呢？这里就需要小编给大家说明一下：

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与free不会，但是对于我们new了一个对象后，我们如果有默认构造函数，我们就不一定需要去初始化，new会去自己调用默认构造函数，但是如果我们不存在默认构造函数就需要我们自己去初始化。这里还有一点需要给大家讲解的是：

A* p3 = new A[2]{A(1),A(2)};

对于这句代码，这里我利用匿名对象对其进行初始化，这里实际上首先会调用构造构造出我们的匿名对象，然后调用拷贝构造去初始化我们的空间，但是这里被编译器优化了，所以我们只能看到构造函数。

3. new和delete实现原理

在探究该之前我们需要看两个函数。

3.1 operator new与operator delete函数

这里我们我们库中调出两个函数的源码，大家可以对比一下：

operator new：该函数实际通过malloc来申请空间，当malloc申请空间成功时直接返回；申请空间

失败，尝试执行间不足应对措施，如果改应对措施用户设置了，则继续申请，否

则抛异常。

*/
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)

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（这里是C语言和C++处理异常不同的地方，C语言我们通常使用返回值和assert处理，这里我们留到以后再讲解）。operator delete 最终是通过free来释放空间的。

那我们知道该两个函数有什么作用呢？

这里我们可以了解一下该与new和delete之间的关系：

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。

那么我们就可以知道该实现原理是：

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。

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

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

4. 定位new表达式

对于这块内容大家了解一下即可，我们并不会在很多场景下使用到。

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

这里我们简单的看一串代码：

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;  // 注意：如果A类的构造函数有参数时，此处需要传参
 p1->~A();//调用析构函数
 free(p1);
 A* p2 = (A*)operator new(sizeof(A));
 new(p2)A(10);
 p2->~A();
 operator delete(p2);
  return 0;
}

这里我们运行一下：

这里我们发现这里的确是调用了构造函数的，那么我们的定位new又有什么意义呢？这就涉及到我们所说的池化技术了，对于池化技术，池化技术本质上是提前申请资源，存在池子内，以方便更便捷的使用，对于内存池我们这里会提前申请空间放在池子内，但是使用池子内的内存我们是没有进行定义的，所以对于自定义类型申请的空间，就需要我们自己去调用构造函数去对其初始化，这也就是定位new的意义。

5.面试常考题

5.1 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

5.2 内存泄漏

对于内存泄漏的内容，这里我们不是一言两语就能解释清楚的，这里涉及到内存涉及的危害，内存泄漏的分类，内存泄漏的检测和预防方法，这里都需要我们自己掌握好大量的知识才可以理解透彻。