【C++】C/C++内存管理

C++内存分布

这是C++中变量的内存分布情况。

说明：

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内容，做进程间通信。

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。

c语言中动态内存管理的方式：malloc/calloc/realloc/free

cpp 复制代码

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);

malloc/calloc/realloc的区别？？

malloc 用于分配指定大小的内存块。分配的内存中的数据是未初始化的，因此它可能包含随机值（即"垃圾值"）。

分配的内存未初始化，内存中可能存储旧数据。

需要使用 free 函数手动释放已分配的内存，否则会导致内存泄漏。

calloc 类似于 malloc，但有两个不同之处：

它会将分配的内存全部初始化为0。
它需要传递两个参数：分配的元素数量和每个元素的大小。

分配的内存被初始化为0。

使用两个参数来定义内存块的大小，适合分配包含多个元素的数组。

realloc 用于调整已分配内存块的大小。它可以扩大或缩小现有的内存块。如果扩大，可能会移动内存到新的地址。

重新分配内存，可以扩大或缩小内存块。

如果扩大，之前的内容会被保留，新的内存部分不一定被初始化。

如果新内存分配失败，原来的内存块不会被释放，仍然有效。

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 。

cpp 复制代码

void Test()
{
  // 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);
  
  // 动态申请10个int类型的空间
  int* ptr6 = new int[3];
  delete ptr4;
  delete ptr5;
  delete[] ptr6;
}

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和operator delete函数

new和delte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，否则抛出异常。
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 。

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
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 的定义表达式进行显示调构造函数进行初始化。

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：

malloc 和 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。

什么是内存泄漏，内存泄漏的危害？？

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。

如何避免内存泄漏？？

工程前期良好的设计规范，养成良好的编码规范，申请的内存空间记着匹配的去释放。 ps ：这个理想状态。但是如果碰上异常时，就算注意释放了，还是可能会出问题。需要下一条智能指针来管理才有保证。

采用 RAII 思想或者智能指针来管理资源。

有些公司内部规范使用内部实现的私有内存管理库。这套库自带内存泄漏检测的功能选项。

出问题了使用内存泄漏工具检测。 ps ：不过很多工具都不够靠谱，或者收费昂贵。
总结一下 :
内存泄漏非常常见，解决方案分为两种： 1 、事前预防型。如智能指针等。 2 、事后查错型。如泄漏检测工具。