CC++内存管理

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C\C++内存分布

下面是一段代码，一起看看这些都分布在内存的什么位置。

 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);}

先介绍一下C\C++中程序内存区域划分。

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。

globalvar在 数据段
staticGlobalvar在 数据段
staticVar在 数据段
localVar在 栈
num1在 栈

globalvar 在局部域的外面，是全局变量。
staticGlobalva在局部域的外面，是全局变量并且是静态的。
staticVar在局部域里面，但是它是静态的。
localVar是整形的，num1是一个数组。这些都存在栈中。

Char2在 栈
*Char2在 栈
pChar在 栈
*pChar3在 代码段
ptr1在 栈
*ptr1在 堆

char2是数组存在栈中，*char2是表示指向的char2数组中第一个数据。
pchar3是局部变量也在栈上面。
pchar3的这串常量字符存在常量区，*pchar3解引用指针指向这个常量字符串。
ptr1是局部变量存在栈上面。
ptr1里在堆上创建空间，*ptr1解引用指针指向堆上的这块空间。

c语言动态内存管理方式

之前写过关于c语言动态内存管理方式，下面是链接：
c语言动态内存管理方式

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。

new/delete操作内置类型

#include<iostream>
using namespace std;int main()
{//动态申请一个int类型的空间int* p1 = new int;//动态申请一个int类型的空间并初始化为10int* p2 = new int(10);//动态申请十个int类型的空间int* p3 = new int[10];delete p1;delete p2;delete [] p3;return 0;
}

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。

申请多个对象的动态申请如何初始化呢？

int* p4 = new int[10] {0};//申请对象+初始化
delete[]p4;

int* p5 = new int[10] {1,2,3,4};//十个对象中，前四个为1，2，3，4后面剩下的初始化为0	
delete[]p5;

new/delete自定义内置类型

class A
{
public:A(int a1 = 0, int a2 = 0):_a1(a1), _a2(a2){cout << "A(int a1 = 0, int a2 = 0)" << endl;}A(const A& aa):_a1(aa._a1){cout << "A(const A& aa)" << endl;}A& operator=(const A& aa){cout << "A& operator=(const A& aa)" << endl;if (this != &aa){_a1 = aa._a1;}return *this;}~A(){//delete _ptr;cout << "~A()" << endl;}void Print(){cout << "A::Print->" << _a1 << endl;}A& operator++(){_a1 += 100;return *this;}
private:int _a1 = 1;int _a2 = 1;
};

当可以默认构造的时候，也就是当A的构造函数是默认构造函数的时候。用下面这种方式很简单。

int main()
{A* p1 = new A;A* p2 = new A(2, 2);A* p3 = new A[3];delete p1;delete p2;delete[]p3;return 0;
}

但是当构造函数不是默认构造函数时，将上面A的构造改为半缺省的构造函数时就不是默认构造函数了。

之前，时默认构造函数时。

修改后，是半缺省构造函数不是默认构造函数。

int main()
{A* p1 = new A(1);A* p2 = new A(2,2);//多对象初始化时，可以用匿名对象A aa1(1, 1);A aa2(2, 2);A aa3(3, 3);A* p3 = new A[3]{aa1, aa2, aa3};A* p4 = new A[3]{ A(1,1), A(2,2), A(3,3)};//也可以用类型转换//A aa1 = { 1, 1 };A* p5 = new A[3]{ {1,1}, {2,2}, {3,3} };return 0;
}

operator 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。

/*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
*/void *__CRTDECL operator new(size_t size) _THROW1(_STD bad_alloc){// try to allocate size bytesvoid *p;while ((p = malloc(size)) == 0)if (_callnewh(size) == 0){// report no memory// 如果申请内存失败了，这里会抛出bad_alloc 类型异常static const std::bad_alloc nomem;_RAISE(nomem);}return (p);}/*operator delete: 该函数最终是通过free来释放空间的
*/void operator delete(void *pUserData){_CrtMemBlockHeader * pHead;RTCCALLBACK(_RTC_Free_hook, (pUserData, 0));if (pUserData == NULL)return;_mlock(_HEAP_LOCK);  /* block other threads */__TRY/* get a pointer to memory block header */pHead = pHdr(pUserData);/* verify block type */_ASSERTE(_BLOCK_TYPE_IS_VALID(pHead->nBlockUse));_free_dbg( pUserData, pHead->nBlockUse );__FINALLY_munlock(_HEAP_LOCK);  /* release other threads */__END_TRY_FINALLYreturn;}/*free的实现
*/#define   
free(p)               
_free_dbg(p, _NORMAL_BLOCK)

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。

new和delete的实现原理

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。

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

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释放

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。