C++内存管理详解
大家好，这里是bang_bang，今天来分享下内存管理的知识。
目录
1.C/C++内存分布
2.C++内存管理方式
2.1new/delete操作内置类型
2.2new/delete操作自定义类型
3.operator new与operator delete函数
3.1operator new
3.2operator delete
4.new和delete的实现原理
4.1内置类型
4.2自定义类型
1.C/C++内存分布
首先我们要想了解内存管理，就要了解内存划分的区域都是什么。
内存划分5个区域：代码区，常量区，静态区，堆区，栈区。这里推荐一个大佬的文章：https://blog.csdn.net/u014470361/article/details/79297601
来我们来举个🌰：
分析下各变量存储位置。
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); }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？____
答案：
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__
静态变量在静态区，临时变量在栈区。 malloc,realloc,calloc开辟的在堆区。 char2是一个字符数组，在栈区开辟了一个新空间，将常量字符串的内容拷贝过来初始化这块空间， 所以*char2也是在栈区。 pchar3是一个指向常量字符串的指针，解引用*pchar3是常量字符串在常量区。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。
这里留下一个面试题，大家可以思考思考，查阅相关内容。
malloc/calloc/realloc的区别？
2.C++内存管理方式
C++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。
2.1new/delete操作内置类型
void Test2()
{//动态申请1个int类型的空间int* ptr1 = new int();//动态申请1个int类型的空间并初始化为10int* ptr2 = new int(10);//动态申请10个int类型的空间int* ptr3 = new int[10];delete ptr1;delete ptr2;//匹配[],释放10个空间delete[] ptr3;
}
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。
2.2new/delete操作自定义类型
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。
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;return 0;
} 运行可以看到，构造函数和析构函数被new和delete调用了。
2.1中我们强调要[ ]匹配，我们举2个习题来看看：
以下代码中，A 的构造函数和析构函数分别执行了几次： ( ) A*pa=new A[10];delete []pa;答案：10，10
以下代码中，A 的构造函数和析构函数分别执行了几次： ( ) A*pa=new A[10];delete pa;答案：10，1
3.operator new与operator delete函数
3.1operator 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，如果该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 bytesvoid* 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);
}3.2operator delete
/*
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！！_free_dbg(pUserData, pHead->nBlockUse);__FINALLY_munlock(_HEAP_LOCK); /* release other threads */__END_TRY_FINALLYreturn;
}
/*
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。
4.new和delete的实现原理
4.1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。
4.2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.
今天的分享就到这里，希望大家能有所收获。
