关于我转生从零开始学C++这件事：获得神器

❀❀❀ 文章由@不准备秃的大伟原创 ❀❀❀

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几天不见，甚是想念！哈咯大家好又是我大伟，五一的假期已经结束，所以我们要静下心来，准备一下端午节和暑假。(^▽^ ) 啊不对，是好好学习啦！那么废话不多说，我们开始今天的内容：C++的内存管理。

C/C++内存分布：

首先我们来小小做一个题目，如下：

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？

铁子们可以看看这题目的答案是什么？顺便考察考察自己的C语言基础牢固不牢固<(*￣▽￣*)/。

怎么样，都心里有答案了吗？我们先来看看第一题前半部分：首先是一个全局变量，那么他在静态区，答案是C；接着是一个静态全局变量，同样在静态区，还是C；然后是一个静态成员变量，在静态区，C；接着是一个整形变量，他是在栈上的，所以是A；然后是一个整形数组，同样在栈上，答案是A。

所以第一题前半部分答案是C C C A A。你做对了吗？

那么我们继续看第一题的后半部分：首先是个字符数组，处在栈上，选A；接着是指针，处在静态区，选C；然后是个被const修饰的字符数组，在静态区，选C；同样是被const修饰的，在静态区，选C；然后是动态内存开辟的空间，在堆上，选B；同样的是被动态内存开辟的，在堆上。

所以答案是：A C C C B B

OK，那我们最后来看一下有关sizeof和strlen的区别，即题目二：首先是开了十个空间的整形数组，大小为40；然后是存了五个内容的字符数组（包括'\0'），大小为5；而其长度为4（遇到'\0'结束）；然后是一个指针的大小，在64位下大小为8；接着是指针指向内容的长度，为4；最后是指针，大小为8.

所以答案是40 5 4 8 4 8。铁汁们都对了吗？

那大伟最后再简单说一下sizeof和strlen的区别：

sizeof 是一个运算符，用于获取对象或类型的大小（以字节为单位），它在编译时计算。
strlen 是一个函数，用于计算以 null 结尾的字符串的长度（不包括 null 终止符），它在运行时遍历字符串直到找到 null 终止符。

好的，题目做完了，我们最后再来看一下内存区域的一些分布吧：

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。（Linux课程如果没学到这块，现在只需要了解一下）

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。

C语言中动态内存管理方式：malloc/calloc/realloc/free：

我们在学C语言的时候，一般都是用malloc/calloc/realloc/free来创建和释放空间，那我们是不是很懂啊？是嘛，那来看一段代码看看：

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);
}

铁汁们是怎么认为的呢？哈哈，答案是不需要呢，为什么呢？这时候就是realloc的作用了：扩容，我们p3将p2的空间进行扩容，然后释放了p3的空间，那我们是不是同时也释放了p2的空间呢？想一想(╯ε╰)

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，因此本贾明博士在C++中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。

new/delete操作内置类型：

废话不多说，我们先来看一段代码：

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;
}

如下：

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。

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会调用构造函数，delete会调用析构函数，而malloc与 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 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：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。我们接下来看看operate new和operate delete的内置函数：

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

常见面试题：

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：

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

5. 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

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资源的清理