1. C/C++内存分布
我们先来看下面的一段代码和相关问题
- const int a（此时an存放在栈上）
- char char2[] = "abcd"（此时是在栈上创建5个char类型大小的数组，并让用常量字符串来初始化数组内的内容，*char2就是数组第一个元素'a'）
- cost char* pchar3 = "abcd"（此时const修饰是的char*，所以*pchar3不能被修改，而pchar3指向的是字符串常量区，所以*pchar3是在常量区的）
- 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。
2. C语言中动态内存管理方式：malloc/calloc/realloc/free
cpp
void Test()
{
// 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);
}区别后面再说。
是不需要free(p2)的，因为p3所指向的空间就是p2扩展出来的空间(有可能是原地扩，也有可能是异地扩)，所以free(p3)就把空间也释放了，因此不在需要free(p2)，不过把p2置为NULL确是一个不错的编程习惯。
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
cpp
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[10];
delete ptr4;
delete ptr5;
//释放多对象空间是需要加[]的
delete[] ptr6;
}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
cpp
#include <stdlib.h>
#include <iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
A(int a = 0)
: _a(a)
{
cout << "A():" << this << endl;
}
~A()
{
cout << "~A():" << this << 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));
//这里和上面的写法其实是一样的，都是申请A大小的空间
//只不过类中有默认构造那就会对开辟出来的空间进行初始化
//这里new A(1)并不是new一个A类型的匿名对象大小的空间
//而是new一个A大小的空间，然后传1来调用构造函数，从而对开辟出来的空间内的成员进行初始化
A* p2 = new A(1);
free(p1);//不析构
delete p1;//析构
//内置类型是几乎是一样的
int* p3 = (int*)malloc(sizeof(int));
int* p4 = new int;
free(p3);
delete p4;
A* p5 = (A*)malloc(sizeof(A) * 10);
//new开辟出来空间后会调用默认构造进行初始化
A* p6 = new A[10];
free(p5);
delete[] p6;
return 0;
}多对象的内置类型初始化和自定义类型初始化的区别：
1. 内置类型
2. 自定义类型
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（重要点进行讲解）
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
cpp
/*
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
cpp
/*
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)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。（new失败了，抛异常，不需要在检查返回值了）
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
- 调用operator new函数申请空间
- 在申请的空间上执行构造函数，完成对象的构造
- operator new 先malloc后构造
- delete的原理
- 在空间上执行析构函数，完成对象中资源的清理工作
- 调用operator delete函数释放对象的空间
- operator delete 先析构后delete
- new T[N]的原理
- 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
- 在申请的空间上执行N次构造函数
- delete[]的原理
- 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
- 调用operator delete[]释放空间，实际在operator delete[]中调用operator delete来释放空间
6. 定位new表达式(placement-new) （了解）
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。
cpp
#include <iostream>
using namespace std;
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
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;
}使用operator new创建空间，不会多开4字节的空间来记录元素个数
cpp#include <iostream> using namespace std; class A { public: A(int a = 0) : _a(a) { cout << "A():" << this << endl; } ~A() { cout << "~A():" << this << endl; } private: int _a; }; int main() { A* p = (A*)operator new(sizeof(A)); //p1->A(); // 不支持这样显示调用构造 new(p)A(10);// 对已有空间，显示调用构造 p->~A(); free(p); A* p1 = (A*)operator new(sizeof(A) * 10); //这种写法就不会多开4个字节来记录个数 new(p1)A[10]{ 1,2,3,4 }; //循环初始化方式 for (int i = 0; i <= 10; i++) { new(p1 + i)A(i); } //循环析构 for (int i = 0; i <= 10; i++) { (p1 + i)->~A(); } delete p1; //或者 delete[] p1 //上面这两种free空间的方法都可以 return 0; }
7. 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只需要在其后面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，不会调用构造函数和析构函数，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释放