【c++】C/C++内存管理

1. C/C++内存分布

【说明】

1. 栈又叫堆栈--非静态局部变量/函数参数/返回值等等，栈是向下增长的
2. 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共享内存，做进程间通信
3. 堆用于程序运行时动态内存分配，堆是可以上增长的
4. 数据段--存储全局数据和静态数据
5. 代码段--可执行的代码/只读常量

为什么要分这些区域？//为了方便管理

2. C语言中动态内存管理方式

C语言中动态内存管理方式：malloc/calloc/realloc/free

 
void Test()
{
  int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int));
  free(p1);
  // 1.malloc/calloc/realloc的区别是什么？
  int* p2 = (int*)calloc(4, sizeof(int));
  int* p3 = (int*)realloc(p2, sizeof(int) * 10);
  // 这里需要free(p2)吗？
    //不需要 realloc原地扩容/异地扩容
  free(p3);
}

malloc、calloc、realloc的区别 - DoubleLi - 博客园 (cnblogs.com)

3. C++中动态内存管理

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

3.1 new/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3个int类型的空间
  int* ptr6 = new int[3];
  delete ptr4;
  delete ptr5;
  delete[] ptr6;
}

注意：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[]，注意：匹配起来使用

3.2 new和delete操作自定义类型

class A
{
public:
  A(int a = 0)
    : _a(a)
  {
    cout << "A():" << this << endl;
  }
  ~A()
  {
    cout << "~A():" << this << endl;
  }
private:
  int _a;
};
int main()
{
  // new/delete 和 malloc/free最大区别是 new/delete对于【自定义类型】除了开空间还会调用构造函数和析构函数
  A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));
  A* p2 = new A(1);
  free(p1);
  delete p2;
  // 内置类型是几乎是一样的
  int* p3 = (int*)malloc(sizeof(int)); // C
  int* p4 = new int;
  free(p3);
  delete p4;
  A* p5 = (A*)malloc(sizeof(A) * 10);
  A* p6 = new A[10];
  free(p5);
  delete[] p6;
  return 0;
}

注意：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

4. operator new与operator delete函数

4.1 operator new与operator delete函数（重点）

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operator delete全局函数来释放空间

• 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，尝试执行空间不足应对措施，如果改应对措施用户设置了，则继续申请，否则抛异常
• operator delete: 该函数最终是通过free来释放空间的

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
• operator delete 最终是通过free来释放空间的

5. new和delete的实现原理

5.1 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

5.2 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