目录

1. c/c++内存分布
2. c语言中动态内存管理方式
3. c++中动态内存管理方式
4. operator new与operator delete函数
5. new和delete的实现原理
6. 定位new表达式(placement-new)
7. 常见题

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1. c/c++内存分布

看一段代码

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？____   staticGlobalVar在哪里？____
   staticVar在哪里？____   localVar在哪里？____
   num1 在哪里？____
   
   char2在哪里？____   *char2在哪里？___
   pChar3在哪里？____      *pChar3在哪里？____
   ptr1在哪里？____        *ptr1在哪里？____
2. 填空题：
   sizeof(num1) = ____; 
    sizeof(char2) = ____;      strlen(char2) = ____;
   sizeof(pChar3) = ____;     strlen(pChar3) = ____;
   sizeof(ptr1) = ____;
3. sizeof 和 strlen 区别？

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__

   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__

2. 填空题：
   sizeof(num1) = 40__;
   sizeof(char2) = 5__; strlen(char2) = 4__;
   sizeof(pChar3) = 4/8__; strlen(pChar3) = 4__;
   sizeof(ptr1) = 4/8__;

【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，创建共享内存，叫做进程通信
3.堆用于程序运行时动态内存分配，堆是上增长的
4.数据段–存放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

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 );
}

上面的p2不需要free，因为realloc扩容后原空间会自动释放，再次free会崩溃

malloc/calloc/realloc的区别
malloc申请一段空间，默认值。calloc申请空间赋初始值。realloc对一段已存在的空间扩容，本地或异地

3. c++内存管理方式

c语言内存管理可以继续使用，但有的地方无能为力，主要对于自定义类型。而且使用起来麻烦，c++提出了自己的内存管理方式

3.1 new/delete操作内置类型

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;
}

申请和释放单个元素空间,用new和delete.申请连续的空间,用new[]和delete[],匹配使用

3.2 new和delete操作自定义类型

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));
 A* p2 = new A(1);
 free(p1);
 delete p2;
 // 内置类型是几乎是一样的
 int* p3 = (int*)malloc(sizeof(int)); // C
 int* p4 = new int;
free(p3);
delete p4;
 A* p5 = (A*)malloc(sizeof(A)*10);
 A* p6 = new A[10];
 free(p5);
 delete[] p6;
 return 0;
}

注意:在申请自定义类型的空间时，new会自动调用构造函数，delete会调用析构函数，malloc和free不会

4. operator new和operator delete函数

4.1 概念

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全局函数申请空间，delete在底层通过operator delete全局函数释放空间

/*
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: 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直到，operator new实际也是通过malloc申请空间，如果成功直接返回，否则就抛异常。operator delete最终是通过free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空间，new和malloc这些相似，不同的是new[]和delete[]申请释放连续空间，new申请失败时会抛异常，malloc会返回空

5.2 自定义类型

• new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.在申请的空间上执行析构函数，完成对象的资源清理工作
  2.调用operator delete函数释放空间
• new T[N]的原理
  1.调用operator new[]函数，实际调用operator new完成N个对象申请空间
  2.在申请的空间上执行N次构造函数
• delete的原理
  1.在申请的空间上执行N次析构函数，完成N个对象的资源清理工作
  2.调用operator delete[]函数，实际调用operator delete完成N个对象申请空间

注意
申请空间的操作符必须配合使用，不能互相混着用
比如下面的操作会崩溃

int main()
{
	int* p1 =new int[5];
	free(p1);
	delete p1;
	delete[] p1;
	return 0;
}

原因是new申请的连续空间会用前4个字节记录申请的长度，free的p1地址会崩溃，规范写法会往前4个字节取堆的大小来释放,并决定调用几次析构函数

6. 定位new表达式（placement-new）

定位new表达式是在已分配的空间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是初始化列表

使用场景：
一般配合内存池使用，内存池是向内存中申请一块较大的空间，后面再需要空间直接从内存中获取，用内存池管理空间，不够了继续申请。内存池分配的内存没有初始化，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构造函数初始化

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
有执行
 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;
}

7. 常见题

7.1 malloc/free和new/delete的区别

共同点都是从堆上申请空间,并且需要手动释放
不同点:
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，需要手动计算大小并传递，new只需在其后跟上空间类型即可，如果多个对象，[]中指定对象个数
4.mallo返回值为void*,使用时强转,new不需要,new后面有空间类型
5.malloc申请失败返回NULL,必须判空,new不需要,捕获异常
6.申请自定义类型时,malloc和free只会开辟空间.而new和delete会调用构造和析构函数完成初始化和清理