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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/free

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

4. operator new与operator delete函数（重要）

5. new和delete的实现原理

5.1 内置类型

5.2 自定义类型

6. 定位new表达式(placement-new) （了解）

7. 总结malloc/free和new/delete的区别

8、完结散花

1. C/C++内存分布

【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。（Linux课程如果没学到这块，现在只需要了解一下）

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--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。 

我们先来看下面的一段代码和相关问题~

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);
}

1. 选择题：   选项: A.栈  B.堆  C.数据段(静态区)  D.代码段(常量区)  

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__

>1.globalVar在哪里？C staticGlobalVar在哪里？C
解析：globalVar为全局变量放在数据段(静态区)，staticGlobalVar也是全局变量放在数据段(静态区)。两者之间主要区别在：普通全局变量作用于整个代码，可被其他文件访问或修改。而被static修饰的静态全局变量只作用于当前文件，其他文件不可见。

>2.staticVar在哪里？C localVar在哪里？A
解析：被static修饰的局部变量staticVar放在静态区，普通的局部变量localVar放在栈区。两者之间主要区别在：被static修饰的局部变量的生命周期只会在程序结束后结束，而普通的局部变量的生命周期出了当前作用域就会结束。

>3.num1 在哪里？A
解析：num1也是一个局部变量，放在栈区。

>4.char2在哪里？A *char2在哪里？A
解析：char2也是一个局部变量，放在栈区，常量字符串"abcd"放在代码段(常量区)，数组开辟的空间放在栈区。在数组开辟时，常量字符串中字符会被一个一个拷贝进入数组，而数组名是首元素地址，所以*char2得到数组第一个元素，放在栈区。

>5.pChar3在哪里？A *pChar3在哪里？D
解析：char2也是一个局部指针变量，指向一个放在代码段(常量区)的常量字符串"abcd"。所以*pChar3得到常量字符串的第一个字符，放在代码段(常量区)。

>6.ptr1在哪里？A *ptr1在哪里？B
解析：ptr1是一个局部指针变量，放在栈区。而其指向的内存区域是由动态内存开辟的，所以*ptr1放在堆区。

 >下面是比较不好理解的一些选项的图示：

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

忘记了的小伙伴可点击这里看看呢~

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()
{
	//动态申请一个int类型的空间
	int* ptr1 = new int;
	//动态申请一个int类型的空间并初始化为10
	int* ptr2 = new int(10);
	//动态申请10个int类型的空间
	int* ptr3 = new int[10];
	//动态申请10个int类型的空间并全部初始化为0
	int* ptr4 = new int[10] {0};
	//动态申请10个int类型的空间并将前五个初始化，后面的默认为0
	int* ptr5 = new int[10] {1,2,3,4,5};

	//匹配起来使用
	delete ptr1;
	delete ptr2;
	delete[] ptr3;
	delete[] ptr4;
	delete[] ptr5;
	return 0;
}

>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

>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（初始化对象）和析构函数（释放资源）！

class A
{
public:
	A(int a=0)
		:_a(a)
	{
		cout << "调用构造" << endl;
	}
	~A()
	{
		cout << "调用析构" << endl;
	}
private:
	int _a=0;
};

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

	//只会在堆上开辟空间
	A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));
	//不仅会开辟空间，还会调用对象的构造函数进行初始化
	A* p2 = new A(1);
	
	//只会释放空间
	free(p1);
	p1 = nullptr;
	//回先调用对象的析构函数释放资源，再释放为对象开辟的空间
	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;
    A* p5 = (A*)malloc(sizeof(A) * 10);
    A* p6 = new A[10];
    free(p5);
    delete[] p6;
	return 0;
}

 >p1没有初始化，而p2却初始化了！

>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。

>好啦，我们明白了new和delete的基本用法后就可以写一些比C要爽的代码了！

>还记得，我们之前在做OJ题时如果要自己创建一个链表，还要自己写一个创建节点的函数（CreatDode()）,还是非常烦的，但C++写起来就非常爽了！

struct ListNode
{
	int val;
	ListNode* next;
	ListNode(int x=0)
		:val(x)
		,next(nullptr)
	{}
};

int main()
{
	ListNode* n1 = new ListNode(1);
	ListNode* n2 = new ListNode(2);
	ListNode* n3 = new ListNode(3);
	ListNode* n4 = new ListNode(4);
	ListNode* n5 = new ListNode(5);
	n1->next = n2;
	n2->next = n3;
	n3->next = n4;
	n4->next = n5;
	delete n1;
	delete n2;
	delete n3;
	delete n4;
	delete n5;
}

 >如果类当中没有默认构造，那么我们在new对象的时候就要注意力！

class A
{
public:
	//不是默认构造函数（必须要传参）
	A(int a,int b=0)
		:_a(a)
		,_b(b)
	{
		cout << "调用构造" << endl;
	}
	~A()
	{
		cout << "调用析构" << endl;
	}
private:
	int _a=0;
	int _b = 0;

};

int main()
{
	A* p1 = new A(1);
	A* p2 = new A(1,2);

	A aa1(1, 1);
	A aa2(2, 2);
	A aa3(3, 3);
	//A* p3 = new A[3];//编译报错:A类不存在默认构造函数
	A* p3 = new A[3]{ aa1,aa2,aa3 };//直接给成员
	A* p4 = new A[3]{ A(1,1),A(2,2),A(3,3)};//创建匿对象
	A* p5 = new A[3]{ {1,1 },{2,2},{3,3,}};//隐式类型转换创建对象
}

>C中我们判断是否动态内存开辟失败可以用assert断言，也可以用perror来提醒我们，在C++中我们用异常捕获的方式来判断是否动态内存开辟成功（这里我们只知道异常的一小部分用法就行了，具体更多的内容和原理我在后面更新的文章当中会有具体讲解的）

int main()
{
	try
	{
		void* p1 = new char[1024 * 1024 * 1024];//向堆申请了1G的空间
		void* p2 = new char[1024 * 1024 * 1024];
		void* p3 = new char[1024 * 1024 * 1024];
		void* p4 = new char[1024 * 1024 * 1024];
		void* p5 = new char[1024 * 1024 * 1024];

	}
	catch (const exception& e)
	{
		cout<<e.what()<<endl;
	}
	return 0;
}

>好啦，我们还可以看一下再32位平台下，我这里堆的内存到底有多大：

void func()
{
	int n = 0;
	while (1)
	{
		n++;
		void* p = new char[1024 * 1024];//一次向堆申请一字节的内存
		cout << p << ":->" << n << endl;
	}
}

int main()
{
	try
	{
		func();
	}
	catch (const exception& e)
	{
		cout << e.what() << endl;
	}
	return 0;
}

我们看到结果是1897字节，1.6到1.7个G,内存中总共有4G左右(2^32)，我们再看看64位下的结果 

在64位下就大的多了（22个G）！（2^64） 五六十G（虚拟内存）

4. operator new与operator delete函数（重要）

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。

下面的原码浅浅的看一下就行了，这里我们只要知道new和delete的底层其实就是malloc和free，不过，malloc失败是直接返回空，而new失败，C++为了用自己异常的那一套，就自己封装了operator new 这个函数，让new失败时抛出异常而不是返回空。我们可以理解为new和delete就是malloc和free的加强版！

/*
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)//free其实是一个宏函数

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

>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

我们用反汇编看一下底层也是如此：

class A
{
public:
	//不是默认构造函数（必须要传参）
	A(int a=0,int b=0)
		:_a(a)
		,_b(b)
	{
		cout << "调用构造" << endl;
	}
	~A()
	{
		cout << "调用析构" << endl;
	}
private:
	int _a=0;
	int _b = 0;

};
int main()
{
	A* p1 = new A;
	delete p1;
	return 0;
}

>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

int main()
{
	A* p1 = new A[3];
	delete[] p1;
	return 0;
}

>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(placement-new) （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

class A
{
public:
	//不是默认构造函数（必须要传参）
	A(int a=0,int b=0)
		:_a(a)
		,_b(b)
	{
		cout << "调用构造" << endl;
	}
	~A()
	{
		cout << "调用析构" << endl;
	}
private:
	int _a=0;
	int _b = 0;

};

int main()
{
	A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));//只开辟了空间没有初始化
	new(p1)A;//手动初始化
	p1->~A();//手动析构
	free(p1);

	//operator new的底层就是malloc，所以用法与malloc一样，不过它们的区别就是内存开辟失败时一个直接返回空，一个抛异常
	A* p2 = (A*)operator new(sizeof(A));
	new(p2)A(1,2);//手动初始化,如果没有默认构造就必须要传参！
	p2->~A();
	operator delete(p2);
	return 0;
}

>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。

7. 总结malloc/free和new/delete的区别

>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。

>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 空间中资源的清理释放

8、完结散花

好了，这期的分享到这里就结束了~

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我们下期不见不散~~

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