【C++】内存管理

C/C++内存分布

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。

3.堆用于程序运行时动态内存分配，堆是可以向上增长的。

4.数据段（静态区）--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

详见作者的另一篇博客：C语言中动态内存管理
C++内存管理方式

new/delete操作内置类型：

cpp 复制代码

int main()
{
	//动态申请一个int类型的空间
	int* ptr1 = new int;

	//动态申请一个int类型的空间并初始化为10
	int* ptr2 = new int(10);

	//动态申请10个int类型的空间
	int* ptr3 = new int[10];
	delete ptr1;
	delete ptr2;
	delete[] ptr3;
}

cpp 复制代码

class A
{
public:
	A(int a = 0)
		:_a(a)
	{
		cout << "A():" << endl;
	}
	~A()
	{
		cout << "~A():" << endl;
	}
private:
	int _a;
};
int main()
{
	A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));
	A* p2 = new A(1);
	free(p1);
	delete p2;
	//内置类型是几乎一样的
	int* p3 = (int*)malloc(sizeof(int));
	int* p4 = new int;
	free(p3);
	delete p4;
	return 0;
}

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。

operator new与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与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。

cpp 复制代码

int main()
{
	int* p1 = nullptr;
	try
	{
		do
		{
			p1 = new int[1024 * 1024];
			cout << p1 << endl;
		} while (p1);
	}
	catch (const exception& e)
	{
		cout << e.what() << endl;
	}
	return 0;
}

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和delete的实现原理

** 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。
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原理：

1.在空间上执行析构函数，完成对象中资源的清理工作。

2.调用operator delete函数释放对象的空间。

new T[N]的原理：

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[]的原理：

1.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。

malloc/free和new/delete的异同点：

同：都是从堆上申请空间，并且需要用户手动释放。

异：

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。

4.malloc的返回值是void*,在使用时必须强转，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，因此使用时需要判空，new不需要，但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

内存泄漏指因为疏忽或者错误造成程序未能释放已经不再使用的内存的情况。内存泄露并不是指内存的物理上的消失，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。
危害：长期运行的程序出现内存泄露，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。

cpp 复制代码

 void MemoryLeaks()
 {
 // 1.内存申请了忘记释放
int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int));
 int* p2 = new int;
 // 2.异常安全问题
int* p3 = new int[10];
 delete[] p3;
 }
 Func(); // 这里Func函数抛异常导致 delete[] p3未执行，p3没被释放

系统内存泄漏

堆内存泄漏(Heap leak) ：

堆内存指的是程序执行中依据须要分配通过malloc / calloc / realloc / new等从堆中分配的一块内存，用完后必须通过调用相应的 free或者delete 删掉。假设程序的设计错误导致这部分内存没有被释放，那么以后这部分空间将无法再被使用，就会产生Heap Leak。

系统资源泄漏：

指程序使用系统分配的资源，比方套接字、文件描述符、管道等没有使用对应的函数释放掉，导致系统资源的浪费，严重可导致系统效能减少，系统执行不稳定。

解决方案：1.事前预防性，如智能指针等。

2.事后查错型。如泄漏检测工具。