C/C++ 内存管理

目录

C/C++ 内存分布

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

C++内存管理方式

operator new 和 operator delete 函数

new 和 delete 的实现原理 

定位 new表达式(placement-new)

常见面试题

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 C/C++ 内存分布

我们的 C++ 程序运行起来以后它直接是以一个进程的形式跑的，它的数据是分布在不同的区域，不同区域的数据就有不同的性质。

再来看一下下面的一段代码和问题，它们分别存在哪里？

答案：C C A C A A A A D A B

前五个和后两个应该都没有什么问题，从第六个开始，char_1 是一个数组，char_2 是个指针，它们两都是存在栈上，它们的区别就是，首先 "abcd\0" 这个字符串是存在常量区的，char_1 的意思是把常量区的这个内容拷贝到这个数组里面，而 char_2 是个指针，这个指针存的是这个常量字符串的首元素地址，就是 char_2 这个指针指向常量区。

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

 为什么这里的 p2 不需要释放呢？因为 realloc 对 p2 进行了扩容，如果原地扩，那么 p2 和 p3 是相等的，释放 p3 也就等于释放了 p2 ，如果异地阔，那么 realloc 会把你之前的释放掉。

C++内存管理方式

C语言的内存管理方式在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。

new/delete 操作内置类型，针对内置类型，new/delete 和 malloc/free 没有本质区别，只有用法区别

new 和 delete 是为自定义类型准备的，new 可以调用构造函数初始化，还可以调用析构函数清理

operator new 和 operator delete 函数

这个地方的 operator new 和 operator delete 不是对 new 和 delete 的重载，而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 在底层调用 operato delete 全局函数来释放空间。

其实 operator new 开空间还是去调用C语言的 malloc ，所以 operator 在这存在的意义是帮助 new 开空间和封装 malloc ，封装 malloc 也是为了符合 C++ new 的失败机制（失败抛异常）

operator delete 实际也是去调用 free 

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, 不同的地是:new/delete申请和释放的是单个元索的空间，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 。
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

定位 new表达式(placement-new)

它的意义是对已经使用的空间调用构造函数进行初始化，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。
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

 

常见面试题

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