C/C++ 内存管理

1. C/C++内存分布

我们先来看下面的一段代码和相关问题

1. char2 只是一个字符数组，因此存放在栈上。
2. 星char2 在 栈上，因为数组名sizeof的时候代表整个数组，但是进行运算的时候，比如说解引用 它是代表首元素的地址。
   图示：
   
   3.PChar3在栈上，首先const限制*PChar3,不能通过PChar3来修改PChar3指向的空间内容，但是指针变量PChar3可以改变，因此PChar3不可能在常量区。
3. *PChar3 在常量区，原因如下：
   
   4.指针变量ptr1在栈上，指向的内容在堆上，因此 * ptr 在堆上。
   
   【说明】
4. 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。
5. 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。（Linux课程如果没学到这块，现在只需要了解一下）
6. 堆用于程序运行时动态内存分配，堆是可以上增长的。
7. 数据段–存储全局数据和静态数据。
8. 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

【面试题】

1. malloc/calloc/realloc的区别？
   malloc 函数用于分配指定大小的内存块,它从堆（heap）中分配内存，但不初始化这些内存。calloc 会将分配的内存初始化为零。realloc 函数用于扩容。
2. malloc的实现原理？ 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

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。
例子：

new默认不初始化，但是它也可以初始化，如下：

注意 ：对于内置类型开空间使用malloc或者new几乎是一样的。

int* p3 = (int*)malloc(sizeof(int)); // C
int* p4 = new int;

3.2 new和delete操作自定义类型

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（重要点进行讲解）

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在底层通过operator delete全局函数来释放空间。

上面会有同学有疑问为什么要operator new，operator delete呢？直接调malloc不香吗？为啥要搞这个东西？有个原因在。首先malloc 失败的结果是什么？是返回空。所有以前用malloc的时候都会检查是否为空。new 呢？ C++引出了一个叫异常的东西。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。
下面给你们看个new好用的代码：

为什么不是malloc+构造函数，而是operator new+函数构造，如果operator new 开空间失败了，malloc是返回0。operator new是封装（实际就是封装malloc）,所以new失败抛异常实际上是在operator new开空间时（malloc+失败抛异常），从表层角度看malloc是一个函数的用法，new是一个操作符的用法。从底层角度看，new就是malloc,但是它在malloc的基础上加了很多东西，new其实比malloc多做了很多事情，多做了构造函数，失败了要抛异常。
还有个问题就是 new ,delete ,malloc ,free能不能混着使用，我这里建议大家配对使用。因为有时候能对，有时候可能程序会崩溃。混合使用可能导致释放位置不对。

5. new和delete的实现原理

5.1 内置类型

5.2 自定义类型

代码：

new底层原理图示：

delete底层原理图示：

析构 和 operator delete 释放的是不是同一个东西？ 答案是：不是，operator delete delete的是谁？是p2指向的这块空间析构，析构是这个A对象上的资源的清理（当然是A对象有资源才需要清理，没有资源要清理，调用析构函数，就直接执行函数体的代码，比如说就只打印了一句）。

6. 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。

7. 常见面试题

7.1 malloc/free和new/delete的区别

7.2 内存泄漏

7.2.1 什么是内存泄漏，内存泄漏的危害

7.2.2 内存泄漏分类（了解）

7.2.3 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

7.2.4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。

完