C&C++内存管理

目录

C/C++内存分布

C语言中动态内存管理方式：malloc/calloc/realloc/free

C++内存管理方式

new和delete的使用

new和delete底层原理

[operator new与operator delete函数](#operator new与operator delete函数)

new和delete的实现原理

定位new表达式(placement-new)

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**C/C++**内存分布

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。

**C****语言中动态内存管理方式：**malloc/calloc/realloc/free

关于C语言动态内存管理管理的相关知识详细请看该文章：

C语言动态内存管理http://t.csdnimg.cn/4Dvkv

**C++**内存管理方式

new和delete的使用

C++在C语言的基础上 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关键字不仅可以像malloc申请单个空间或者申请一段空间，还可以初始化申请的空间

注意区分这里的p4和p5，p4是申请了10个int的数组，p5是申请了一个int并初始化为10

当然想初始化数组也可以：

当然C++之所以提出new和delete操作符一定不单单是为了这么简单的场景，我们来看看自定义类型C/C++是如何操作的：

对于自定义类型，malloc只是单纯的开空间，想要初始化需要单独写函数，但是new可以调用构造函数进行初始化

同样的，delete也会调用析构函数
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

new和delete底层原理

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。

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 。
通过观察我们不难发现operator new和operator delete跟malloc和free相似，那么为什么new和delete底层不是malloc和free呢？
原因是因为malloc申请失败处理方式是返回空，但是面向对象语言处理失败时不喜欢用返回值，更建议用抛异常。所以malloc和free不符合需求，因此封装了operator new和operator delete。

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
3. 在空间上执行析构函数，完成对象中资源的清理工作
4. 调用 operator delete 函数释放对象的空间
   new T[N] 的原理
5. 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
6. 在申请的空间上执行 N 次构造函数
   delete[] 的原理
7. 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
8. 调用 operator delete[] 释放空间，实际在 operator delete[] 中调用 operator delete 来释放空间

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

这里定位new相当于显示调用构造函数，然后显示调用析构函数，这里的操作相当于模拟new和delete操作。

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 的定位表达式进行显示调构造函数进行初始化。