C++学习————第八天（C/C++内存管理）

目录

1、1.C/C++内存分布

[2、 C语言中动态内存管理方式：malloc/calloc/realloc/free](#2、 C语言中动态内存管理方式：malloc/calloc/realloc/free)

3、C++内存管理方式

[3.1 new/delete操作内置类型](#3.1 new/delete操作内置类型)

[3.2 new和delete操作自定义类型](#3.2 new和delete操作自定义类型)

[4.operator new与operator delete函数](#4.operator new与operator delete函数)

[5. new和delete的实现原理](#5. new和delete的实现原理)

[5.1 内置类型](#5.1 内置类型)

[5.2 自定义类型](#5.2 自定义类型)

>）delete注意事项

1、1.C/C++内存分布

我们先来看下面的一段代码和相关问题

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？__C__  staticGlobalVar在哪里？__C__
  staticVar在哪里？__C__  localVar在哪里？__A__
  num1 在哪里？__A__
  
  分析:
  globalVar全局变量在数据段 staticGlobalVar静态全局变量在静态区
  staticVar静态局部变量在静态区  localVar局部变量在栈区
  num1局部变量在栈区

  char2在哪里？__A__  *char2在哪里？__A__
  pChar3在哪里？__A__   *pChar3在哪里？__D__
  ptr1在哪里？__A__    *ptr1在哪里？__B__
  
  分析:
  char2局部变量在栈区  
  char2是一个数组，把后面常量串拷贝过来到数组中，数组在栈上，所以*char2在栈上
  pChar3局部变量在栈区   *pChar3得到的是字符串常量字符在代码段
  ptr1局部变量在栈区     *ptr1得到的是动态申请空间的数据

【说明】

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，栈可以通过函数_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，频繁的申请空间和释放空间，容易造成内存碎片，甚至内存泄漏，栈区由于是自动管理，不存在此问题。

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。(现在只需要了解， 后面在linux中会提到)

3、堆用于程序运行时动态内存分配，堆是可以上增长的。堆无法静态分配，只能动态分配

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。

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2、 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？

三者都是分配内存，都是stdlib.h库里的函数，但是也存在一些差异。

（1）malloc函数。其原型void *malloc(unsigned int num_bytes)；

num_byte为要申请的空间大小，需要我们手动的去计算，如int *p = (int*)

**malloc( 20*sizeof(int))，**如果编译器默认int为4字节存储的话，那么计算结果是80Byte，一次申请一个80Byte的连续空间，并将空间基地址强制转换为int类型，赋值给指针p,此时申请的内存值是不确定的。

（2）calloc函数，其原型void *calloc(size_t n, size_t size)；

其比malloc函数多一个参数，并不需要人为的计算空间的大小，比如如果他要申请20个int类型空间，会int *p = (int *)calloc(20, sizeof(int)）,这样就省去了人为空间计算的麻烦。但这并不是他们之间最重要的区别，malloc申请后空间的值是随机的，并没有进行初始化，而calloc却在申请后，对空间逐一进行初始化，并设置值为0;

既然calloc不需要计算空间并且可以直接初始化内存避免错误，那为什么不直接使用calloc函数，那要malloc要什么用呢？

实际上，任何事物都有两面性，有好的一面，必然存在不好的地方。这就是效率。calloc函数由于给每一个空间都要初始化值，那必然效率较malloc要低，并且现实世界，很多情况的空间申请是不需要初始值的，这也就是为什么许多初学者更多的接触malloc函数的原因。

（3）realloc函数和上面两个有本质的区别，其原型void realloc(void *ptr, size_t new_Size)
用于对动态内存进行扩容(及已申请的动态空间不够使用，需要进行空间扩容操作，ptr为指向原来空间基址的指针， new_size为接下来需要扩充容量的大小。

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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

void Test()
{
	//内置类型

	// 管理对象
	// 动态申请一个int类型的空间
	int* ptr4 = new int;
	// 动态申请一个int类型的空间并初始化为10
	int* ptr5 = new int(10);

	//管理对象数组
	// 动态申请10个int类型的空间
	int* ptr6 = new int[3];
	//动态申请10个int类型的空间，并初始化为1 2 3 4
	int* ptr7 = new int[10] {1, 2, 3, 4}; //后面的会默认初始化为0
	
	//释放一个对象
	delete ptr4; 
	delete ptr5;
	//释放多个对象
	delete[] ptr6; 
	delete[] ptr7;
}

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。

3.2 new和delete操作自定义类型

new/delete 和 malloc/free最大区别是 new/delete对于【自定义类型】除了开空间还会调用构造函数和析构函数

class A
{
public:
	A(int a = 0)
		: _a(a)
	{
		//cout << "A():" << this << endl;
		cout << "A():" << endl;

	}
	A(int a1, int a2)
	{
		cout << "A(int a1, int a2)" << endl;
	}
	
	A(const A& aa)
		: _a(aa._a)
	{
		cout << "A(const A& aa)" << endl;
	}
	A& operator=(const A& aa)
	{
		cout << "A& operator=(const A& aa)" << endl;
		if (this != &aa)
		{
			_a = aa._a;
		}
		return *this;
	}

	~A()
	{
		//cout << "~A()" << this << endl;
		cout << "~A()" << endl;

	}
private:
	int _a;
};

int main()
{
	// new/delete 和 malloc/free最大区别是
	// new/delete对于【自定义类型】除了开空间,还会调用构造函数和析构函数
	A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));
	A* p2 = new A(2);
	free(p1);
	delete p2;

	// 内置类型是几乎是一样的
	int* p3 = (int*)malloc(sizeof(int)); // C
	int* p4 = new int;
	free(p3);
	delete p4;

	A* p5 = (A*)malloc(sizeof(A) * 10);
	A* p6 = new A[10]; //调用10次构造函数
	free(p5);
	delete[] p6; //调用10次析造函数

	//多个对象
	A aa1(1);
	A aa2(2);
	A aa3(3);
	A* p7 = new A[10]{ aa1,aa2,aa3 };
	delete[]p7;
	// 多参数
	A* p7 = new A[10]{ 1,2,3,4,5,{6,7}};//用1生成临时对象，然后被编译器合二为一（隐式对象转换）
	delete[]p7;


	return 0;
}

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

1.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

2.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。

5. new和delete的实现原理

5.1 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。

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

2. 在申请的空间上执行N次构造函数
   delete[]的原理

3. 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

4. 调用operator delete[]释放空间，实际在operator delete[]中调用operator delete来释

放空间
总结：new == operator new -> (malloc) + 构造函数

~~~~~~~~~~ delete == 析构函数 + operator delete -> (free)

~~~~~~~~~~ 特别的：new失败了，抛异常， 不需要再检查返回值

>）delete注意事项

ClassA *pclassa=new ClassA[5];
delete pclassa;

析构函数此时只会调用1次，要想完整释放数组空间，需要使用[]
注意：程序可能崩溃