C++【内存管理】

C/C++中程序的内存划分：

栈：又称堆栈，存放非静态的局部变量、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。用户可以使用系统接口创建共享内存，做进程间的通信。
堆：用于程序运行时动态内存分配，堆是向上增长的。
**数据段：**存储全局数据和静态数据。
代码段：存放可执行的代码、只读常量。

1、C语言中动态内存管理

malloc / calloc / realloc 有什么区别？

三种函数的函数原型为：（在使用完成之后需要调用free函数进行释放）

cpp 复制代码

void* malloc(size_t size);

void* calloc(size_t num,size_t size);

void* realloc(void* ptr,size_t size);

主要的差异：malloc分配的空间是未初始化的，内存内的数据是随机值，使用前一般需要手动初始化。calloc对分配的空间进行了初始化，适合那些一开始就初始化为零的场景。realloc在无法完成内存的调整时，会返回NULL指针，并且原内存块依然保留，需要开发者手动释放。

2、C++的内存管理方式

C++可以继续使用C语言中的内存管理方式，但是C++也有自己简洁的内存管理函数：new和delete。（像C中的申请和释放一样，new和delete是成对使用的）

cpp 复制代码

void test()
{
	//动态申请一个int类型的空间
	int* ptr = new int;

	//动态申请一个int类型的空间并初始化为6
	int* ptr1 = new int(6);

	//动态申请10个int类型的空间
	int* ptr2 = new int[10];

	//也就是一个数组，可以使用数组的方式进行初始化
	int* ptr3 = new int[3] {1, 2, 3};

	delete ptr;
	delete ptr1;
	delete[] ptr2;
	delete[] ptr3;
}

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[]。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和free不会。

2.1、operator new 和 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在底层调用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；申请失败，尝试执行空间不足的应对措施，如果成功就返回，否则就抛异常。

operator delete:该函数最终通过free来释放空间。

2.2、new和delete的实现原理

2.2.1、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[]申请和释放的是连续空间，而且new在申请空间失败时会抛异常。

2.2.2、自定义类型

new 原理:
delete原理:

|------------|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| new | 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 | 1.在空间上执行析构函数，完成对象中资源的清理工作。 2.再调用operator delete函数释放对象的空间。 |
| new T[] | 1.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[] | 1.在释放的对象空间上执行N次析构函数，完成对N个对象中的资源清理。 2.调用operator delete[] 释放空间，实际在operator delete[]中调用operator delete来释放。 |

3、问答题

1、malloc/free和new/delete的区别

malloc/free和new/delete的共同点是：都是在堆上申请空间，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，需要手动计算空间的大小并进行传递，new只需要在后面跟上空间的类型即可，如果是开辟多个对象，[]中指定对象的个数即可。

4.malloc的返回值为void*类型，在使用时必须进行强转，new不需要，因为new后面跟的是空间的类型。

5.malloc申请空间失败时，返回的是NULL指针，在使用时必须进行判断是否为NULL。new不需要，但是new一般需要捕获异常。

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的资源清理。

2、什么是内存泄漏，内存泄漏的危害

内存泄漏（Memory Leak）是指程序在运行过程中，由于疏忽或错误的编程，导致已分配的内存空间不再被使用时，没有及时被释放回收，使得这些内存无法被再次利用，持续占据系统内存资源。

当内存泄漏到一定程度时，系统内存被耗尽，操作系统无法再为新的进程或或线程分配必要的内存资源，最终导致整个系统崩溃。即使系统没有崩溃，泄露的内存长时间闲置，也会极大地降低计算机系统的资源利用率。