C++笔记5•内存管理•

1.C与C++内存分布

根据以下代码和题进行分析：

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);
}

根据上方代码做以下题;

  选项 : A . 栈   B . 堆   C . 数据段 ( 静态区 )   D . 代码段 ( 常量区 )

  globalVar 在哪里？ __C__   staticGlobalVar 在哪里？ __C__

  staticVar 在哪里？ __C__   localVar 在哪里？ __A__

  num1 在哪里？ __A__

  char2 在哪里？ __A__   * char2 在哪里？ _A__

  pChar3 在哪里？ __A__       * pChar3 在哪里？ __D__

  ptr1 在哪里？ __A__         * ptr1 在哪里？ _B___

  sizeof ( num1 ) = __40__ ;  

  sizeof ( char2 ) = __5__ ;       strlen ( char2 ) = __4__ ;

  sizeof ( pChar3 ) = __4/8__ ;     strlen ( pChar3 ) = ___4_ ;

  sizeof ( ptr1 ) = __4/8__ ;

注意：

全局变量和static变量的区别 ：

链接属性不一样： 全局变量在所有文件都可用，static变量只在当前文件中可用。

【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。

2.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);
int* p2 = (int*)calloc(4, sizeof (int));
int* p3 = (int*)realloc(p2, sizeof(int)*10);
free(p3 );//只需要释放p3，p2会p3一起释放
}

malloc/calloc/realloc的区别？
(1)malloc：
其原型void *malloc(unsigned int num_bytes)，需要我们自己去计算要申请多少字节的空间
如：int* a=(int*)malloc(10*sizeof(int)),申请10个整形大小的空间，不进行初始化。
(2)calloc：
其原型void *calloc(size_t n, size_t size)；比malloc多了一个参数size_t n，比如申请10个整形大小的空间，则n=10；int* a=(int*)calloc(10，sizeof(int))，申请空间完毕后进行初始化。
(3)realloc：
其原型void realloc(void *ptr, size_t new_Size)，用于对动态内存进行扩容，一个空间不足时可以进行扩容，void *ptr就是原来的空间地址，比如上方的a空间不足时需要增容，如
int* b=(int*)realloc(a，20*sizeof(int))。记得去释放原来的空间free(a);
 

 3.C++内存管理方式

1.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 。

void Test()
{
  // 动态申请一个int类型的空间
  int* ptr1 = new int;
  
  // 动态申请一个int类型的空间并初始化为10
  int* ptr2 = new int(10);
  
  // 动态申请5个int类型的空间
  int* ptr3 = new int[5];
 
  //释放
  delete ptr4;
  delete ptr5;
  delete[] ptr6;
}

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。

5.new和delete的实现原理

(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 。

(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

(3)总结

1)malloc：失败返回NULL   (malloc是函数)

2)operator new:等价于malloc+失败抛异常实现   (operator new是函数)

3)new：等价于operator new+调用构造函数。

4)delete：等价于operator delete+调用析构函数。

5)new比malloc不同之处：new调用构造函数初始化、申请空间失败抛异常。

6)delete比free不同之处：delete调用析构函数进行资源清理。

7)operator delete与free没区别，释放空间失败直接终止进程，new与delete成对出现，operator new与operator delete成对出现。

8) malloc和new的不同

• 使用效果：new会调用构造函数，失败抛异常，malloc失败了返回NULL。
• 概念性质：new是一个操作符，malloc是一个函数。
• 使用方法：new后面跟申请对象的类型，返回值是类型的指针；malloc用法:参数传字节数，返回值是void*。

 6.定位new表达式

1.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式调构造函数进行初始化。

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();
 free(p1);
 A* p2 = (A*)operator new(sizeof(A));
 new(p2)A(10);
 p2->~A();
 operator delete(p2);
  return 0;
}

7.malloc/free和new/delete的共同点&区别 总结 

0.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。

8.内存泄漏  

（1）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。

（2）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。