目录
1、C/C++内存分布
2.、C语言中动态内存管理方式：malloc、calloc、realloc
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
3.3 malloc与new的异常处理机制
4、operator new与operator delete函数
4.1 operator new与operator delete函数
4.1.1 operator new源码
4.1.2 operator delete源码
5、new和delete的实现原理
5.1 内置类型
5.2 自定义类型
5.2.1 new的原理
5.2.2 delete的原理
5.2.3new T[N]的原理
5.2.4 delete[]的原理
6、定位new表达式（了解）
7、malloc/free和new/delete的区别
7.1 malloc/free和new/delete 相同点
7.2 malloc/free和new/delete 不相同点
1、C/C++内存分布
我们先来了解一下C/C++内存分配的几个区域，以下面的代码为例来看：
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);
}
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。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/静态区--存储全局数据和静态数据。
5. 代码段/常量区--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
malloc：向内存申请一块空间，成功的话返回内存块的指针，失败返回空指针（NULL）；
calloc：向内存申请一块空间，并逐字节初始化为0，成功的话返回内存块的指针，失败返回空指针（NULL）；
realloc：调整动态开辟的内存大小。
我们以代码举例来看看：
int mian()
{
int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int));
int* p2 = (int*)realloc(p1, sizeof(int) * 10);// 扩容，若是异地扩容realloc会将p1的内容
free(p2); // 拷贝到p2开出的内存中并释放掉p1的内存
int* p3 = (int*)calloc(1, sizeof(int));// 开辟四个字节空间，并初始化为 1
free(p3);
return 0;
}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
int main()
{
// 管理对象
// 动态开辟一个int类型的空间
int* p1 = new int;
// 动态开辟一个int类型的空间，并初始化为1
int* p2 = new int(1);
//管理对象数组
// 动态开辟一个int类型的数组
int* p3 = new int[10];
// 动态开辟一个int类型的数组，并初始化
int* p4 = new int[10]{};// 不写初始化值，默认初始化为 0
// 动态开辟一个int类型的数组，并初始化
int* p5 = new int[10]{ 1,2,3 };// 前三个分别初始化为1 2 3，后面默认初始化为 0
//释放开辟的内存
delete p1;
delete p2;
delete[] p3;// 对应释放数组加[]
delete[] p4;
delete[] p5;
return 0;
}
我们启动监视窗口看看结果：
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
class A
{
public:
A(int a = 0)
: _a(a)
{
cout << "A():" << this << endl;
}
~A()
{
cout << "~A():" << this << endl;
}
private:
int _a;
};
int main()
{
A* a1 = (A*)malloc(sizeof(A));
A* a2 = new A;
free(a1);
delete(a2);
return 0;
}我们来看看malloc、new开辟动态内存 与 free、delete释放内存。
我们先来看结果：
这里分别自动调用了一次构造函数与析构函数。这里到底是谁调用的呢？
对于C语言来说，是不存在构造函数的，因此C语言设计的malloc是不会自动调用构造函数的，free也是不会调用析构函数，但是对于C++来讲，是面向对象的，new与delete会在开辟与释放内存时调用构造函数与析构函数。
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。
3.3 malloc与new的异常处理机制
int main()
{
int* p1 = (int*)malloc(1024 * 1024 * 1024);
cout << p1 << endl;
int* p2 = (int*)malloc(1024 * 1024 * 1024);
cout << p2 << endl;
try
{
char* p3 = new char[0x7fffffff];
}
catch (const exception& e)
{
cout << e.what() << endl;
}
return 0;
}
当malloc失败时返回空指针，而new失败了会抛异常。
new失败后，直接会跳到异常捕获语句，不执行new后面的代码，如果我们不捕获异常程序就会终止掉。异常的捕获只会在try、catch里面，不在里面就不会捕获异常。
4、operator new与operator delete函数
4.1 operator new与operator delete函数
C++的标准库里提供了operator new与operator delete函数，但是这两个函数不是重载，只是名字像重载，是系统提供的两个全局函数，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。
我们来分别看看源码：
4.1.1 operator new源码
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 new里封装了malloc，失败了会抛异常，
4.1.2 operator delete源码
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)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。
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
5.2.1 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
5.2.2 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
5.2.3new 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
5.2.4 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
6、定位new表达式（了解）
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。
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。
class A
{
public:
A(int a = 0)
: _a(a)
{
cout << "A():" << this << endl;
}
~A()
{
cout << "~A():" << this << endl;
}
private:
int _a;
};
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; // 显示调用构造函数 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);// 显示调用构造函数
p2->~A();
operator delete(p2);
return 0;
}7、malloc/free和new/delete的区别
7.1 malloc/free和new/delete 相同点
都是从堆上申请空间，并且需要用户手动释放
7.2 malloc/free和new/delete 不相同点
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
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