一.内存管理

1. 内存布局

• 说明：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。
• 说明：调用函数的传参是在栈上开辟空间的，且从右向左进行传参。函数的代码的执行也是在栈上的，不过是调用代码区的代码，在栈上执行而已。
• 更多关于malloc/realloc/calloc/free以及内存空间的证明的信息：内存管理。

2. C++的内存管理

• 区别于malloc等申请空间的函数，C++引出了new操作符
• 区别于free释放空间的函数,C++引出了delete操作符
• 说明： new和delete一定要配套使用。

①内置类型

#include<iostream>
using namespace ::std;
int main()
{
	int* p = new int(3);
	delete p;
	return 0;
}

图解：

② 自定义类型

• 数组

#include<iostream>
using namespace ::std;
int main()
{
	int* p = new int[6]{0};
	delete[] p;
	return 0;
}

• 类

#include<iostream>
using namespace ::std;
class Date
{
public:
	Date(int year)
	{
		cout << "Date" << endl;
		_year = year;
	}
	~Date()
	{
		cout << "~Date()" << endl;
	}
private:
	int _year;
};
int main()
{
	Date* p = new Date(1949);
	delete p;
	Date* p1 = new Date[4]{1949,2019,2022,2023};
	delete[] p1;
	Date* p2 = new Date[4]{ Date(1949),Date(2019),Date(2022),Date(2023) };
	delete[] p2;
	return 0;
}

程序运行结果：

图解：

• 说明：对类来说，new一个对象会调用此对象的构造函数进行初始化，然而malloc一个对象仅仅是对一个对象开辟了空间，并没有调用构造函数 。

3. operate new 与 operate delete

• 补充：异常，简单地说就是代码执行到某处中断了，无法继续执行，这时的情况就叫异常。
  平常我们在遇到对空指针解引用的情况时，就是出现异常了。
  图：
  

① 解读operate new源代码

void* __CRTDECL operator new(size_t size) _THROW1(_STD bad_alloc)
{
	void* p;
	while ((p = malloc(size)) == 0)
		if (_callnewh(size) == 0)
		{
			// 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);
}

图解：

• 因此：operate new 是一个函数，调用了malloc，并且如果开辟失败会出现异常。
• 为什么要这样做呢？因为面向对象语言不喜欢用返回值来处理问题，而更喜欢使用抛异常，来解决问题，通过异常我们可以判断出现了什么情况的错误。

② 解读operate delete源代码

void operator delete(void* pUserData)
{
	_CrtMemBlockHeader* pHead;
	RTCCALLBACK(_RTC_Free_hook, (pUserData, 0));
	if (pUserData == NULL)
		return;
		
	_mlock(_HEAP_LOCK);
	__TRY
	pHead = pHdr(pUserData);
	_ASSERTE(_BLOCK_TYPE_IS_VALID(pHead->nBlockUse));
	_free_dbg(pUserData, pHead->nBlockUse);
	__FINALLY
		_munlock(_HEAP_LOCK); 
	__END_TRY_FINALLY
		return;
}

图解：

• 因此：operate delete释放空间的操作跟free本质上是相同的。

---

那了解了这两个运算符重载，之后我们就可以进一步探究new和delete了。

4. new和delete的基本原理

代码：

#include<iostream>
using namespace ::std;
class Date
{
public:
	Date(int year)
	{
		cout << "Date" << endl;
		_year = year;
	}
	~Date()
	{
		cout << "~Date()" << endl;
	}
private:
	int _year;
};
int main()
{
	Date* p = new Date(1949);
	delete p;
	return 0;
}

①new对类对象

代码分析：

	Date* p = new Date(1949);

图解：

②delete对类对象

代码分析：

	delete p;

图解：

进入此句汇编代码：

拓展—— 深入理解delete[]和new[]

• 讨论范围：类对象数组
• 在我们创建一个类对象数组时，知道调用多少次构造函数，但在销毁时，我们怎么知道要调用多少次析构函数？
• 换句话说——就是new[]做了什么，可以让delete[]省去这个找到有多少个对象的操作。

实验代码：

#include<iostream>
using namespace ::std;
int main()
{
	Date* arr = new Date[4]{1,2,3,4};
	delete[] arr;
	return 0;
}

• 答案很简单，new[]在开辟数组的空间的前4个字节，放了数组的相关信息，有多少个对象，数组的大小等信息，这样delete[]就能通过指针来找到相关信息，从而进行操作。

那这样的代码呢？

#include<iostream>
using namespace ::std;
int main()
{
	Date* arr = new Date[4]{1,2,3,4};
	delete arr;
	return 0;
}

• 这样delete将不知道调用几次析构函数，从而可能会出现内存泄漏，这是很可怕的现象。
• 因此：new[] 和delete[]一定要配套使用。

对比 C和C++内存管理的用法

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
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。

5. 定位new

• 定位new表达式是在已分配的原始内存空间中调用构造函数初始化一个对象。

基本用法

#include<iostream>
using namespace ::std;
int main()
{
	Date* p2 = (Date *)operator new(sizeof(Date));
	new(p2)Date(1949);//如果有默认构造,括号可以不写。
	delete p2;
	return 0;
}

• 一般我们会在池化技术中使用，就好比原来你家没有厕所，你上厕所，要去公共厕所，比较远，厕所还可能有人，但是现在你家门口造了厕所，别人要用还要通过你同意，这是不是方便了许多，池化技术与此雷同，也是为了提高效率。

6. 内存泄漏

• 内存泄露 memory leak，是指程序在申请内存后，无法释放已申请的内存空间，一次内存泄露危害可以忽略，但内存泄露堆积后果很严重，无论多少内存,迟早会被占光。

看这样一段代码：

#include<iostream>
using namespace ::std;
int main()
{
	char* p = new char[1024 * 1024 * 1024];
	return 0;
}

这个程序在编译器上会导致内存泄漏吗？
答案是——不会的。因为编译器会在程序结束时，帮你释放这些空间，这就跟手机卡了，关机再重启的道理是一样的，但是如果是一个24*7小时不停的程序呢？比如服务器，如果存在内存泄漏，如果说大了很快就会被检查出来，但是如果一次只泄漏几个字节，那么这台服务器会越用越卡，最终导致服务器宕机——出事故了，那相关人员就得跟着遭殃…

• 分类

1.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。
2.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。

那该如何解决内存泄漏呢？

1.养成良好的编程习惯，对开辟的空间即用即销毁。
2.合理利用检查内存泄漏的工具，通常这类工具比较昂贵。
3.利用RAII思想——资源获取即初始化，或者智能指针——充分地体现了RAII思想。
4.公司内部规范使用内部实现的私有内存管理库。这套库自带内存泄漏检测的功能选项。
5.私有内存管理库，就是公司内部实现的，这套库自带内存检查功能。