内存管理

• c/c++中内存分布
• sizeof 与 strlen
• c 语言中动态内存管理方式
• • malloc
  • calloc
  • realloc
• c++ 中动态内存管理
• • new 与 delete
  • 自定义类型空间的动态分配
  • new 与 delete 的实现
• operator new 与 operator delete
• 基本概念辨识
• • malloc/free 与 new/delete 区别 *****
  • 内存泄漏

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c/c++ 中程序内存的区域划分：

分析下列代码中变量的存储地址：

int glob = 1;
static int staglob = 1;

int main()
{
	static int a = 1;
	int b = 2;

	int num1[10] = { 1,2,3,4 };
	char str1[] = "abcd";
	const char* pchar = "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);
	return 0;
}

存储结构分析：

sizeof 与 strlen

sizeof：计算类型大小

strlen：计算字符长度，遇到 \0 结束

但是考虑一个问题：

为什么在 malloc 、calloc、realloc 了三个变量空间之后，只进行释放（free）了两次？

这就是我们接下来要讨论的一个问题。

c 语言中动态内存管理方式 malloc

voidmalloc( size_t size );
动态申请空间，但不进行初始化操作
由于返回值为 void类型，因此在使用时需要进行类型强转
空间使用结束需要手动 free，否则会造成内存泄漏

malloc 申请到的空间内容为随机值：

calloc

voidcalloc( size_t num, size_t size );
动态申请空间，并将申请到的空间初始化为 0
由于返回值为 void类型，因此在使用时需要进行类型强转
空间使用结束需要手动 free，否则会造成内存泄漏

calloc 申请到的空间内容会初始化为 0：

realloc

void *realloc( void *memblock, size_t size );
在原有的空间基础上进行空间的重新申请，并会释放回收原有的空间，不会进行初始化操作
空间使用结束需要手动 free，否则会造成内存泄漏

realloc 重新开辟新空间并会释放掉旧空间，不会进行初始化：

realloc 重新分配空间之后，会自动释放掉原有空间，因此只需要空间释放一次，并且在重新分配空间时会保持相应位置空间内容不变（扩容：原有大小内容不变，后序新空间为随机值；缩小容量：空间内容与原内容保持一致）

c++ 中动态内存管理

因为 C++ 兼容 C语言，因此在 C++ 语言当中，依旧可以使用 malloc 、calloc、 realloc 来进行动态内存管理，并且在使用结束之后手动 free 释放空间，避免造成内存泄漏。

new 与 delete

C++ 中也常通过 new 和 delete 来进行动态内存的管理：

new T：申请单个 T 类型的空间
new T[N]：申请N个T类型的一段连续空间

new T(a)：动态申请一个 T 类型空间，并初始化为 a
new T[n]{…}：动态申请 n 个 T 类型的连续空间，并在 {} 中进行初始化操作

delete 变量名 ：释放单个空间
delete[] 变量名：释放连续空间

在使用 new 与 delete 进行动态内存管理时候要注意对应：
申请单个空间 new T —>释放单个空间 delete；
申请连续空间 new T[] ---->释放连续空间 delete[]；

int main()
{
	int* p1 = new int; //申请单个 int 空间
	int* p2 = new int[10];  //申请 10 个 连续的 int 类型空间
	
	//初始化
	int* p3 = new int(10);
	int* p4 = new int[10]{ 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };


	//空间的释放

	delete p1;
	delete[] p2;     //释放空间应与创建空间匹配----连续的空间
	delete p3;
	delete[] p4;      //释放空间应与创建空间匹配----连续的空间
	 
	
	return 0;
}

由此可见，C++中动态内存管理 new / delete 不需要进行类型的强转

自定义类型空间的动态分配

（1）使用传统的 C 语言 malloc / free 进行动态内存的管理：

class Test {
public:
	Test() :_data(1)
	{
		cout<< "Test()"<< this<< endl;
	}
	~Test()
	{
		cout<< "~Test()"<< this<< endl;
	}
private:
	int _data;
};

int main()
{
	Test* p1 = (Test*)malloc(sizeof(Test));       //单个 Test 类型空间
	free(p1);

	Test* p2 = (Test*)malloc(sizeof(Test) * 10);   //连续 10 个 Test 类型空间
	free(p2);
	return 0;
}

（2）使用 C++ 中 new / delete 进行动态内存管理：

class Test {
public:
	Test() :_data(1)
	{
		cout<< "Test()"<< this<< endl;
	}
	~Test()
	{
		cout<< "~Test()"<< this<< endl;
	}
private:
	int _data;
};

int main()
{
	Test* p1 = new Test;  //申请单个 Test 空间
	delete p1;   //释放单个空间

	Test* p2 = new Test[10]; //申请连续10个 Test 空间
	delete[] p2;   //释放连续空间

	return 0;
}

对于自定义类型的动态内存管理，倘若没有进行匹配释放空间则会造成程序崩溃或内存泄漏：

new 与 delete 的实现

在申请自定义类型的空间时，new 会调用相应的构造函数对空间进行初始化操作，delete 会调用相应的析构函数进行资源的清理：

operator new 与 operator delete

new 与 delete 是 C++ 中用户进行动态内存申请和释放的操作符；
operator new 与 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 全局函数来进行释放。

（一）operator new

new 申请空间，要么申请成功，要么报错，因此不需要进行判空。

new 申请新空间（自定义类型）：
（1）内置类型直接调用 operator new 申请空间；
（2）自定义类型空间，先在堆上进行申请空间，其次调构造函数对空间进行初始化操作。

该函数实际上是通过 malloc 来申请空间（operator new 实际上是对 malloc 的封装），当 malloc 申请空间成功直接返回；申请失败，会进行相应不足应对措施：
检测是否是空间不足------若提供空间不足应对措施，则执行并继续 malloc；若没有提供则会发出 bad_alloc 类型异常。

通过反汇编来查看底层调用：

（二）operator delete

该函数实际上是通过 free 进行释放空间的。

delete 释放空间：
（1）若是内置类型，直接将空间释放；
（2）若是自定义类型空间，先调用析构函数进行资源的清理，其次将空间清理掉。

通过反汇编来查看底层调用：

内置类型创建连续空间，则会多次调用构造函数对空间进行初始化；
内置类型释放连续空间，则会多次调用析构函数对空间资源进行清理；

operator new 与 operator delete 支持重载，但一般情况下不用。

基本概念辨识 malloc/free 与 new/delete 区别 *****

相同点：

两者都是从堆上进行空间的申请，并且需要手动进行释放；

不同点：

（1）malloc/free 是函数（需要头文件），new/delete 是操作符（不需要头文件）；

（2）malloc 申请的空间不会进行初始化（内容为随机值），new 可以进行初始化；

（3）malloc 申请空间时，需要手动计算空间大小并进行传参，new 只需要在其后跟上空间类型即可；

（4）malloc 返回值为 void* ，因此在使用时候需要进行类型强转，new 不需要；

（5）malloc 申请空间失败时返回 NULL，因此需要判空，new不需要—直接报错；

（6）申请自定义类型对象时，malloc/free 指挥开辟空间，不会调用构造函数与析构函数，而 new 在申请空间后会调用自定义类型对象的构造函数进行对象初始化，delete 在释放空间前会调用析构函数完成对象空间中的资源清理工作。

内存泄漏

内存泄漏：

指的是因为疏忽/错误造成程序未能释放已经不能使用的内存的情况。

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操作，因而造成了内存的浪费。

内存泄漏的危害：

长期运行的程序出现内存泄漏，影响很大，例如 操作系统、后台服务等，出现内存泄漏会导致相应越来越慢，最终卡死。

内存泄漏分类：

（1）堆内存泄漏

指程序执行中依据需要分配通过 malloc、calloc、realloc、new 等从堆上分配的一块内存，用完后必须通过相应的 free、delete 进行删除。
假设程序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在被使用，会产生 Heap Leak.

（2）系统资源泄漏

指程序使用系统分配的资源，例如 套接字、文件描述符、管道等没有使用相应的函数释放掉，导致系统资源的浪费，严重可导致效能减少、系统执行不稳定。

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