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C/C++内存管理

案例：变量在内存中到底会在哪？

New和delete

Operator new和operator delete函数

New和delete的原理

对内置类型

对自定义类型

定位new

New/delete和malloc/free的区别

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C/C++内存管理

        C/C++内存管理分布图：（从语言的角度来看，数据段也称为静态区，代码段也称为常量区）

        内存大小：理论上，32位计算机内存上限为4GB；64位计算机内存上限可达256T，实际上我们使用计算机一般为8G或16G或者32G，不会很大。

栈和堆细节：  

        栈区先定义的变量放到栈底，地址高，后定义的变量放到栈顶，地址低，因此是栈是向下生长的，堆区则相反。

        栈区主要存在局部变量和函数参数，其空间的管理由编译器自动完成，无需手动控制，堆区是自己申请。

        堆大小受限于操作系统，而栈空间一般由系统直接分配。

        栈一般是进行静态分配的，但也可以通过函数_alloca进行动态分配，不过注意，所分配空间不能通过free或delete进行释放，而堆无法静态分配，只能动态分配。

         在C语言中我们用malloc/calloc/realloc和free来在堆上管理堆上的空间，但在c++中进行了更新。在C++中我们用New和delete来管理堆上的空间。

        Malloc和new的最大差别是：C语言malloc失败后会返回NULL，C++New失败后会自动报异常。

        注意：使用malloc是需要头文件malloc.h的，只是平时这个头文件已经被其他头文件所包含了，用的时候很少单独引入。

案例：变量在内存中到底会在哪？

请填写下列问题：

        globalVar在哪里？__静态区__  staticGlobalVar在哪里？_静态区___

        staticVar在哪里？__静态区__  localVar在哪里？_栈___

        num1 在哪里？_栈___

        char2在哪里？_栈___ * char2在哪里？__栈_

（用数组存储字符串，会在代码段生成一串字符，然后到栈上开辟一段空间，把内容拷贝进去）

        pChar3在哪里？_栈___ * pChar3在哪里？_代码段(常量区)___

（用指针则是存放 代码段内存放字符串的地址，所以解引用地址后会在代码段）

        ptr1在哪里？__栈__ * ptr1在哪里？_堆___

（prt1变量是在栈区创建的，所以在栈上，但申请的空间在堆上）

        sizeof(num1) = __40__;

        sizeof(char2) = _5___;   strlen(char2) = __4__;（sizeof（数组）就是整个数组的大小）

        sizeof(pChar3) = _4/8___;   strlen(pChar3) = _4___;（sizeof（指针）则是看几位计算机）

        sizeof(ptr1) = __4/8__;

New和delete

        创建单个对象：new 类型(内容)；创建数组：new 类型[大小]{内容}，开辟类对象的数组时（该类对象有用户写的析构函数，默认生成的不行），会在前面额外开辟4字节空间，用于存放类对象数组有多少个元素，让delete数组时，调用类的析构函数时知道要调用几次。C++把new当做一个操作符而不是函数。

        Delete也分为两种，释放单个空间：delete 对象名；释放一个数组：delete[] 对象名。

        New和delete的使用方式如下：

        在C++中，我们new一个类对象，编译器会自动调用该类的构造函数。这样就不需要像C语言malloc一个空间然后赋值那么麻烦。Delete也会调用该类的析构函数。

注意：new和delete一定要匹配使用，即new数组要用delete数组来释放。

        如果不匹配使用，对于内置类型和没有自己写析构函数的类一般不会出错（默认生成析构函数是系统合成的没有作用的析构函数，所以系统什么也不做，只用释放空间，内置类型同理）

        对于有自己写析构函数的类，delete会调用析构函数，而new数组本来应该匹配delete数组来释放，让编译器调用多次析构函数，但如果我们没有匹配使用，如下图，只用了delete a1，编译器只会调用一次析构函数，编译虽然能通过，但是运行会出断言错误。

Operator new和operator delete函数

        Operator new和operator delete函数是系统提供的全局函数，它们实际上是new和delete的底层代码，new底层会调用operator new函数来申请空间；delete底层调用operator delete函数来释放空间。

        Operator new底层代码也是通过malloc来开辟空间，即对malloc的封装，如果空间不够，则判断一下malloc是否返回NULL；如果申请内存失败了，这里会抛出bad_alloc类型异常，也就是new失败之后返回的异常。Operator delete同理，是对free的封装。

        总之，operator new不是为我们准备的，而是为new准备的，主要是用来返回开辟空间异常的。

New和delete的原理

对内置类型

        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。

对自定义类型

New：

        调用operator new函数申请空间，然后在申请的空间上执行构造函数，完成对象的构造。

Delete：

        在空间上执行析构函数，完成对象中资源的清理工作，然后调用operator delete函数释放对象的空间

New[N]：

        调用operator new[]函数，在operator new[]中实际调用operator new函数完成对N个对象空间的申请，在申请的空间上执行N次构造函数。

Delete[]：

        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。（N是多少编译器会知道，不需要填），然后调用operator delete[]释放空间，实际上在operator delete[]中会调用operator delete来释放空间。

定位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。使用方法为：new（指针，指向开辟的空间）类型（要初始化的值），使用情况如下图所示：

New/delete和malloc/free的区别

区别：

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。