C++学习————第八天（C/C++内存管理）

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

3、C++内存管理方式

3.1 new/delete操作内置类型

3.2 new和delete操作自定义类型

4.operator new与operator delete函数

5. new和delete的实现原理

5.1 内置类型

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。
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。
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。

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。

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10int* 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 4int* 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)); // Cint* 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
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
2. 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