C++内存分布知识点复习

C++内存分布（只是用来自己复习，如果侵权了请联系，马上删除）

看看自己是否了解

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<malloc.h>
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);
}

1. 选择题：

   选项: A.栈 B.堆 C.数据段(静态区) D.代码段(常量区)

   globalVar在哪里？____ staticGlobalVar在哪里？____

   staticVar在哪里？____ localVar在哪里？____

   num1 在哪里？____

   char2在哪里？____ *char2在哪里？___

   pChar3在哪里？____ *pChar3在哪里？____

   ptr1在哪里？____ *ptr1在哪里？____
   

   *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。（Linux课程如果没学到这块，现在只需要了解一下）

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

void test()
{
	int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int));
	free(p1);

	// 1.malloc/calloc/realloc的区别是什么？
	int* p2 = (int*)calloc(4, sizeof(int));
	int* p3 = (int*)realloc(p2, sizeof(int) * 10);


	// 这里需要free(p2)吗？
	free(p3);


}

1. malloc/calloc/realloc的区别？
   1 ，malloc 是申请空间，需要输入一个参数（输入的参数是你想开辟空间的大小），返回的类型是void*
   2 ,calloc也是申请一个空间，需要输入的参数是有两个（第一个参数（是指你需要开辟的个数），第二个参数是类型（你需要开辟数据的类型））。它会将所分配的内存块的每个字节初始化为零。
   3 relloc是对之前开辟的空间进行重新申请，也需要传入两个参数（第一个参数是地址的指针，第二个参数是你要重新分配的内存的大小）。

2 这里需要free(p2)吗？

是的，使用realloc重新分配内存后，原始内存块会被释放。这意味着你不需要再显式地释放原始内存块，因为realloc会负责这个任务。

然而，需要注意的是，如果realloc失败（返回NULL），原始内存块仍然会被保留。在这种情况下，你需要确保不再需要原始内存块，并且释放它以避免内存泄漏。

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。

int main()
{
	int* ptr = new int;
	int* ptr5 = new int(10);
	int* ptr6 = new int[3];
	delete ptr;
	delete ptr5;
	delete[] ptr6;
	return 0;
}

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。

new和delete操作自定义类型

#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
	A(int a=0)
		:_a(a)
	{
		cout << "A(int a=0)" << endl;
	}
	~A()
	{
		cout << "~A()" << endl;
	}

private:
	int _a;
};

int main()
{
	A* a = new A();
	A b;
	A c;
	return 0;
}

这里最后一个析构函数执行的时候，程序就会结束，导致最后一个没有打印，但是析构函数确实是执行了三次。
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。

/*
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。
*/
void* __CRTDECL operator new(size_t size) _THROW1(_STD bad_alloc)
{
	// try to allocate size bytes
	void* 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_FINALLY
		return;
}
/*
free的实现
*/
#define   free(p)               _free_dbg(p, _NORMAL_BLOCK)

new和delete的实现原理

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：

1 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。

5.2 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

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;
}

malloc/free和new/delete的区别

malloc/free 是函数，new和delete是操作符

malloc申请的空间不会初始化，new可以初始化

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

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

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

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

内存泄漏

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。