内存管理————基础理解

我们先看以下代码和内存分布图

对一些名词的解释说明：

题目

答案

问题解释：

C语言中动态内存管理方式

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

这里提一下要注意的点

C++内存管理方式

基本内容

new/delete操作内置类型：

new和delete操作自定义类型：

operator new与operator delete函数

基本简绍

仔细分析：

operator new

operator delete

总结

new和delete的实现原原理

申请的是内置类型的空间

申请的是自定义类型

new的原理

delete的原理

new T[N]的原理

delete[]的原理

扩展内容

定位new表达式(placement-new) （了解）

使用场景：

malloc/free和new/delete的区别

在学习完之前c++的一些基础内容后，我们也应该了解一些c++的内存管理是怎么样的；先浅层的了解这些内容，如此能帮助我们刚好的理解并接受往后的内容。

我们先看以下代码和内存分布图

对一些名词的解释说明：

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。
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课程会学到这块，现在只需要了解一下）
堆用于程序运行时动态内存分配，堆是可以上增长的。
数据段--存储全局数据和静态数据。
代码段--可执行的代码/只读常量。

题目

看完以上部分就做下面的题来巩固一下吧；

答案

C C C A A

A A A D A B

在这里存在最大的争议的可能是 *char2 和 *pchar3

问题解释：

若有其他的问题可以留言评论哦；

C语言中动态内存管理方式

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

这里递上malloc，calloc，realloc，free的具体使用的链接；不会的要记得回忆一下哦

不太清楚的要复习一下哦。

这里提一下要注意的点

malloc：开辟成功返回指针，不成功返回NULL 要主要检查，（这里就体现了new的好处）

free：的参数可以是null，这样就是什么都不做；还有就是如果参数不是动态开辟的，那么这个free函数就是未定义的；

calloc：与malloc差就差在 calloc 可以将开辟的位置初始化

realloc：在原有的空间上扩大；会有两种一种原地扩大，一种换一个堆上的地址扩大，数据也会原封不动的移动过去；

C++内存管理方式

基本内容

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。

new/delete操作内置类型：

基本用法：

void Test1()
{
	// 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];

	int n = 8;
	//一些编译器如 VS 不支持这种写法，就可以用new来代替
	//int arr[n] = { 0 };
	
	int* arr = new int[n];
	
	delete ptr4;
	delete ptr5;
	delete[] ptr6;
}

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：

基本用法：

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;

	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。这就是他们的最大区别，也是new的优势。

operator new与operator delete函数

基本简绍

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

仔细分析：

operator new

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，否则抛出bad_alloc 类型异常。

operator delete

operator delete: 该函数最终是通过free来释放空间的

free的实现

#define free(p) _free_dbg(p, _NORMAL_BLOCK)

因此free 是通过 _free_dbg实现的

总结

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的实现原原理

申请的是内置类型的空间

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。

因此内置类型不在堆上创建空间（不用调用构造函数，malloc）；他们与自定义类型不一样就不一样在内置类型不申请空间在堆上。简单来说内置类型在类中不用写构造函数都能运行，但是自定义类型不可以；

（也可以怎么理解，在类和对象的内容讲过，如果不用自主构造函数，那么析构函数，拷贝构造都不用自主实现，用编译器即可。这里就是不用自主构造函数，使用new就不会使用malloc）

申请的是自定义类型

new的原理

调用operator new函数申请空间
在申请的空间上执行构造函数，完成对象的构造的原理

根据反汇编可以看出来，两次call 分别调用

delete的原理

在空间上执行析构函数，完成对象中资源的清理工作
调用operator delete函数释放对象的空间

new T[N]的原理

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
在申请的空间上执行N次构造函数

delete[]的原理

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

扩展内容

定位new表达式(placement-new) （了解）

定位new表达式是在（1）已分配的原始内存空间中（2）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是类型的初始化列表。

使用场景：

定位new表达式在实际中一般是配合内存池使用。因为内存池分配出的内存没有初始化，所以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调构造函数进行初始化。

举一个简单的例子

class A
{ 
public:
     A(int a = 0)
      : _a(a)
     {cout << "A():" << this << endl;} 
    ~A()
     {cout << "~A():" << this << endl;}
private:
     int _a;
};

// 定位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;                     //如果A类的构造函数有参数时，此处需要传参
p1->~A();
//这里内置类型free的原因是，提前在堆上
//申请了空间；再说释放的也不是内置类型而是，存他们的空间
free(p1);

//原理同上
A* p2 = (A*)operator new(sizeof(A));
new(p2)A(10);
p2->~A();
operator delete(p2);
}

malloc/free和new/delete的区别

malloc申请的空间不会初始化，new可以初始化
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释放
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
malloc和free是函数，new和delete是操作符
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
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。（主要原因还是，会调用析构）