C/C++内存管理相关知识点

1.内存分布

C/C++将内存大体上分为四个区域：栈区、堆区、静态区（数据段）、常量区（代码段）。

栈区：用来存储函数调用时的临时信息的结构，存放为运行时函数分配的局部变量、函数参数、返回数据、返回地址等。

堆区：程序员自己使用malloc或new自己申请出来存的地方。（动态内存分配）

静态区： static修饰的数据，全局数据，存放的位置。

常量区：不会改变的常量，存在这里。

看下面一段代码，回答问题：

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);
}

看上面一段代码，请回答如下：

2. new/delete关键字

2.1 操作内置类型

int main()
{
  //动态申请一个int 类型的空间
  int* ptr1 = new int;
  delete ptr1;      //释放ptr1
  // 动态申请一个int 类型的空间，并初始化为 5
  int* ptr2 = new int(5);
  delete ptr2;       //释放ptr2
  // 动态申请5个int 类型的空间
  int* ptr3 = new int[5];
  delete[] ptr3;         // 释放ptr3，注意怎么new的怎么delete
   动态申请5个int 类型的空间,并初始化
  int* ptr4 = new int[5]{ 1,2,3 };
  delete[] ptr4;       // 释放ptr4，注意怎么new的怎么delete
  return 0;
}

**注意：new 对应 delete，new [] 对应 delete [] 。**不可用错。

操作自定义类型

new 和 delete 除了申请和释放空间外，会自动调用构造函数和析构函数。

class A
{
public:
  A(int a = 0)
  {
    cout << "A()" << endl;
  }
  ~A()
  {
    cout << "~A()" << endl;
  }
private:
  int _day;
  int _year;
  int _month;
};
int main()
{
  A* p1 = new A(1);  //一次构造
  delete p1;      //一次析构
  A* p2 = new A[5];  // 五次构造
  delete[] p2;       //五次析构
  return 0;
}

3. opeartor 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。

其中：

operator new：该函数实际通过malloc来申请空间，申请成功直接返回；失败时，尝试执行空间不足应对策略，如果用户对该措施设置了，继续申请空间，否则抛异常。

operator delete：该函数最终是通过free（）来释放空间的。

通过该定义也可以看出，free()其实也是一个重命名，真正的函数名是后面的。

4. new 和 delete 原理

4.1 内置类型

如果申请的是内置类型空间，new和malloc，delete和free基本类似，不同的地方是：new和delete申请和释放的是单个元素空间，new[]和delete[]申请和释放的是连续空间，而且new在申请空间失败时会抛异常，malloc会返回NULL。

4.2 自定义类型

new的原理

1.调用operator new 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 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

newT[N] 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[] 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

如下例子总结：

5.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。

使用语法：

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;    //如果A的构造函数有参数，此处需要传参
nwe(p2)A(10);  // 初始化参数为10

6. malloc/free 和 new/delete的区别

共同点：

都是从堆上申请空间，并需要手动释放。

不同点：

malloc和free是函数，new和delete是关键字。

malloc申请的空间不会初始化，new可以调用构造函数完成初始化。

malloc申请空间时，需要手动计算空间大小并传递，new只需在其后面跟上空间的类型即可，如果是多个对象，[]中指定个数即可。

malloc返回值是void*，在使用时必须强转，new不需要，因为new后面跟的是空间类型。

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，但是需要捕获异常。

申请自定义类型时，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对象空间中资源的清理。

7. 内存泄漏

相关知识后续会继续补充。。。