必看！用示例代码学C++内存管理，快速掌握基础知识，高效提升编程能力本文围绕 C++ 内存管理展开，旨在帮助读者快速掌握

C++内存管理

C++ 内存管理

●1.C/C++ 内存分布

●2.C语言中的动态内存管理方式（malloc/calloc/realloc/free）

●3.C++内存管理方式

●4.operator new与operator delete函数

●5.new和delete的实现原理

●6.常见面试题

1.C/C++内存分布

如图所示：

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;
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;

2.C语言中的动态内存管理方式（malloc/calloc/realloc/free）

示例：

#define size 10
void test()
{
    int *newspace1 = (int *)malloc(sizeof(int) * size);
    //malloc开辟空间，不去对空间内容进行初始化
    //malloc的原理就是在内存空间上找到一块连续的存储空间，使用*newspace指针指向该空间的首地址，通过指针对该空间进行操作
    //该空间将会开辟在堆区上，指向该空间的指针将会保存在栈区上
    int *newspace2 = (int *)calloc(size,sizeof(int));
    //calloc开辟空间，会去对空间内容进行初始化，并初始化为0
        //所以calloc的效率比malloc较低，因为对内容进行初始化操作需要有一定的时间开销
    int *newspace3=(int*)realloc(newspace1,sizeof(int) * size);
    //realloc扩容空间，通过本地扩容或者异地扩容的方式对已开辟空间进行扩容
    //本地扩容：判断待开辟空间所在内存后面有没有可以开辟的足够空间，如果有就直接在其后面开辟，效率较高
    //异地扩容: 如果待开辟空间所在内存后面没有可以开辟的足够空间，那么就在内存中重新找一块足够大的空间开辟，然后将旧的内容拷贝到新的空间中，再释放旧的空间即可
    free(newspace1);
    free(newspace2);
    free(newspace3);
}

3.C++内存管理方式

示例1：new和delete的基本使用（内置数据类型）

void test()
{
    // 开辟一个int类型的空间
    int *newspace1 = new int;
    // 开辟一个int类型的空间，并进行初始化
    int *newspace2=new int(0);
 
    delete newspace1;
    delete newspace2;
 
    //开辟10个int类型的空间
    int *newspace3=new int[10];
    delete[] newspace3;
}

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[]，匹配起来使用。

示例2：new和delete操作自定义类型

class A{
public:
    A(int a)
        :_a(a)
    {
        cout<<"构造函数A(int a)"<<endl;
    }
    ~A()
    {
        cout<<"析构函数~A()"<<endl;
    }
private:
    int _a;
};
void test()
{
    A* newA=new A(0);
    delete newA;
    //构造函数A(int a)
    //析构函数~A()
 
    A* newAA=new A[5];
    delete[] newAA;构造函数A(int a)
    //构造函数A(int a)
    //构造函数A(int a)
    //构造函数A(int a)
    //构造函数A(int a)
    //析构函数~A()
    //析构函数~A()
    //析构函数~A()
    //析构函数~A()
    //析构函数~A()
}

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。从本质上来讲，所谓的new/delete其实是一个重载的操作，重载操作里面封装了malloc和free，从而实现空间的开辟与释放。

4.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。

代码示例：

/*
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。
*/
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。

5.new和delete的实现原理

内置类型：
1. 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：
1. new的原理是：先去调用operator new进行申请空间，再进行申请的空间对象的构造函数进行初始化；
2. delete的原理是：先进行申请的空间对象的析构函数进行资源的清理工作，再调用operator delete进行空间的释放；
3. new T[]的原理是：先去调用operator new[]重载函数，该函数中再调用operator new进行申请空间，在申请的空间上进行对象的构造函数进行初始化；
4. delete []的原理是：先对申请的空间对象的析构函数进行资源的清理工作，在调用operator delete[]重载函数，该函数中调用operator delete进行空间的释放；

6.常见面试题

malloc/free和new/delete的区别
1. 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。
2. 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；
内存泄漏
1. 内存泄漏指因为疏忽或错误造成程序未能释放已经不再使用的内存的情况。内存泄漏并不是指内存在物理上的消失，而是应用程序分配某段内存后，因为设计错误，失去了对该段内存的控制，因而造成了内存的浪费。
2. 内存泄漏一般分为两种：
  1. 堆内存泄漏（例：开辟的空间没有释放）
  2. 系统资源泄漏（例：打开的文件没有关闭）

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🚀 文章作者：张同学的IT技术日记

分类专栏：C++系列

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