C/C++ 入门（5）内存管理

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专题分栏：C++

欢迎指教！

一、内存分布

二、C++中动态内存管理

new

delete

三、C语言的动态内存管理

四、operator new 和operator delete函数

operator new

operator delete

五、new和delete的实现原理

1、对内置类型而言

2、对于自定义类型而言

六、定位new表达式（placement-new）

七、malloc/free和new/delete的区别

八、内存泄漏

1、什么是内存泄漏及其危害？

2、分类

3、如何检测内存泄漏

一、内存分布

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。
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）
堆用于程序运行时动态内存分配，堆是可以上增长的。
数据段--存储全局数据和静态数据。
代码段--可执行的代码/只读常量

二、C++中动态内存管理

通过new和delete进行动态的内存管理。

（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）

new

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

#include <iostream>
using namespace std;

class A
{
public:
	A(){}
	~A(){}
private:
	int a;
};
int main()
{
	// 开辟一个int类型大小的空间
	int* a = new int;

	// 开辟一个int类型大小的空间，并进行初始化
	int* b = new int(10);

	// 开辟一个数组空间,大小为10个int 
	int* c = new int[10];

	// 开辟一个类空间
	A* d = new A();// 会调用构造函数


	return 0;
}

delete

delete a;
delete b;
delete[] c;
delete d;// 会调用析构函数

三、C语言的动态内存管理

malloc、calloc、realloc、free

malloc：是开辟指定大小的空间，开辟的空间里面存的值是随机值。

calloc：是开辟指定大小的空间，开辟的空间里面存的值都被一一进行初始化，设置为0.

realloc：是对已开辟空间的一个扩容。（若原有数据的地址不够扩，则会新开辟一个空间）

四、operator new 和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，否则抛异常。

operator delete

该函数最终是通过free来释放空间的。

五、new和delete的实现原理

1、对内置类型而言

如果申请的是内置类型的空间的话，new和malloc，delete和free基本类似，不同点是new和delete是申请和释放的单个元素的空间，new[]和delete[]是申请和释放的一块连续空间。而且new申请空间失败了会报异常，而malloc申请空间失败了会返回NULL。

2、对于自定义类型而言

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。

六、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。

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。

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;
}

七、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。

八、内存泄漏

1、什么是内存泄漏及其危害？

什么是内存泄漏：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。
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。

2、分类

堆内存泄漏(Heap leak)
堆内存指的是程序执行中依据须要分配通过malloc / calloc / realloc / new等从堆中分配的块内存，用完后必须通过调用相应的 free或者delete 删掉。假设程序的设计错误导致这部分内存没有被释放，那么以后这部分空间将无法再被使用，就会产生Heap Leak。
系统资源泄漏
指程序使用系统分配的资源，比方套接字、文件描述符、管道等没有使用对应的函数释放
掉，导致系统资源的浪费，严重可导致系统效能减少，系统执行不稳定。