5.C++动态内存管理（超全）-阿里云开发者社区

1 .C/C++ 内存分布

我们可以来看一下下面图例

注意：1. 局部指针指向的字符串，是在代码段的

2.局部指针指向的malloc是在堆区的

3.局部指针是在栈区的

【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。（后面Linux会学习，现在只需要了解一下）

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。

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

这篇文章中有详细讲到 C语言动态内存管理（超详细）

1. malloc/calloc/realloc的区别？

malloc用于分配内存空间，calloc用于分配并初始化内存空间，realloc用于重新分配内存空间。它们都需要手动释放分配的内存空间，以避免内存泄漏。

2. malloc的实现原理？

malloc函数的实现原理是通过维护一个内存块链表，在堆内存中找到合适大小的空闲内存块来分配内存。当调用malloc时，会在链表中查找可用内存块，如果找到则标记为已占用并返回地址，否则向操作系统请求更多内存。malloc还考虑内存对齐，确保返回的内存地址按对齐方式分配。需要手动初始化和释放内存。

详情见glibc中malloc实现原理~

3. 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。

3.1 new/delete操作内置类型

T* p=new T （指针类型指向new的空间）

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;
}

注意：new T (表示初始化）

new T [表示连续开辟空间个数]

new和delete要匹配起来使用。

3.2 new和delete操作自定义类型

#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;
};
// 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
 
int main()
{
  A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));
  A* p2 = new A(1);
  free(p1);
  delete p2;
 
  A* p5 = (A*)malloc(sizeof(A) * 10);
  A* p6 = new A[10];
  free(p5);
  delete[] p6;
 
}

打印出来的部分效果如图

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。

3.3 operator new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是一个端口，来对底层进行调用实现

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。

通过反汇编的观察可以发现，new的定义像是一个套娃的包装实现

new(operator new( malloc

3.4 定位new表达式(placement-new) （了解）

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。

// 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();
 free(p1);
}

4. 常见面试题

4.1 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（6点）：

\	malloc/free	new/delete
类型	函数	操作符
初始化	不可以	可以
申请空间大小	手动计算	[ 对象个数]

转换	需要强转	后面跟有空间类型
失败时	返回NULL（要判空）	捕获异常
自定义类型对象	只会开辟空间	会调用构造函数完成初始化

4.2 内存泄漏

1. 什么是内存泄漏及危害

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。

普通程序，内存泄露，影响不大，进程正常结束会释放资源

长期运行的程序，内存泄露危害很大。----游戏服务，电商服务

2 内存泄漏分类（了解）

C/C++程序中一般我们关心两种方面的内存泄漏：

~堆内存泄漏(Heap leak)

堆内存指的是程序执行中依据须要分配通过malloc / calloc / realloc / new等从堆中分配的一块内存，用完后必须通过调用相应的 free或者delete 删掉。假设程序的设计错误导致这部分内存没有被释放，那么以后这部分空间将无法再被使用，就会产生Heap Leak。

~系统资源泄漏

指程序使用系统分配的资源，比方套接字、文件描述符、管道等没有使用对应的函数释放掉，导致系统资源的浪费，严重可导致系统效能减少，系统执行不稳定。

3 如何检测内存泄漏（了解）

在vs下，可以使用windows操作系统提供的_CrtDumpMemoryLeaks() 函数进行简单检测，该函数只报出了大概泄漏了多少个字节，没有其他更准确的位置信息。

因此写代码时一定要小心，尤其是动态内存操作时，一定要记着释放。但有些情况下总是防不胜防，简单的可以采用上述方式快速定位下。如果工程比较大，内存泄漏位置比较多，不太好查时一般都是借助第三方内存泄漏检测工具处理的。

在linux下内存泄漏检测：linux下几款内存泄漏检测工具

在windows下使用第三方工具：VLD工具说明

其他工具：内存泄漏工具比较

4. 如何避免内存泄漏

1. 工程前期良好的设计规范，养成良好的编码规范，申请的内存空间记着匹配的去释放。ps：这个理想状态。但是如果碰上异常时，就算注意释放了，还是可能会出问题。需要下一条智能指针来管理才有保证。

2. 采用RAII思想或者智能指针来管理资源。

3. 有些公司内部规范使用内部实现的私有内存管理库。这套库自带内存泄漏检测的功能选项。

4. 出问题了使用内存泄漏工具检测。ps：不过很多工具都不够靠谱，或者收费昂贵。总结一下: 内存泄漏非常常见，解决方案分为两种：

1、事前预防型。如智能指针等。

2、事后查错型。如泄漏检测工具

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