内存管理 （C++&c）

C/C++内存分布

C语言中动态内存管理方式

C++中动态内存管理

operator new与operator delete函数

new和delete的实现原理

定位new表达式(placement-new) 

1. C/C++内存分布：

 全局变量、static修饰的变量，都是存储在静态常量区的数据段；字符串保存在代码区，可读不可修改，malloc,calloc,realloc函数申请的空间在堆区，函数体内的局部变量保存在栈区。

2. C语言中动态内存管理方式：

C语言中主要用malloc/calloc/realloc这三个函数申请空间，申请的空间都在堆上，都用free函数释放这些申请的空间。

用法：

void test()
{
    int num=10; //num表示空间要存放的元素个数
    
    //返回值是void*类型，所以要自己根据需求强转
    //一个参数，参数的值为申请的空间的字节数
    int *p1 = (int*)malloc(sizeof(int)*num); 

    //返回值是void*类型，所以要自己根据需求强转
    //两个参数的乘积为申请的空间的字节数，不用手动将它们乘起来
    int *p2 = (int*)calloc(num, sizeof(int));

    //返回值是void*类型，所以要自己根据需求强转
    //两个参数,第一个是旧空间指针，第二个参数的值是新空间的字节数
    int *p3 = (int*)malloc(sizeof(int)*num);
    int num2=20; //新空间能存放的元素个数
    int* p4 = (int*)realloc(p3, sizeof(int)*num2);

    free(p1);//释放空间
    free(p2);//释放空间
    //free(p3);//释放空间 ,p3不用释放，在realloc函数中，已经对p3进行过处理
    free(p4);
}

3. C++中动态内存管理：

 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。new 申请的空间在堆区。

使用方式

void test1()
{
    //对于内置类型
    int* p1 = new int; //申请一个int类型的空间
    int* p2 = new int(3); //申请一个int型空间，并初始化为3
    int* p3 = new int[5];//申请5个int型空间  //数组

    delete p1;
    delete p2;
    delete[] p3; //new[]申请的空间用delete[]释放
}

//对于自定义类型的空间申请
void test2()
{
    A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));
    free(p1);
    A* p2 = (A*)malloc(sizeof(A)*10);
    free(p2);
    //可以测试出，用malloc申请空间，不会调构造函数，用free释放空间不会调用析构函数

    A* p3 = new A;
    delete p3;
    A* p4 = new A[5];
    delete[] p4;
    //可以测试出，new申请空间会调用构造函数对申请的空间进行初始化
     //delete释放空间会调用析构函数
}

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。

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。operator delete: 该函数最终是通过free来释放空间的 。

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
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。

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。

6. 定位new表达式(placement-new) ：

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。

void test2()
{
    //此时p1指向的知识快类对象大小的空间，不是一个对象，没有执行构造函数
    A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A)); 

    new(p1) A; //如果没有无参或全缺省的构造函数，需要传参
}

小结:

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。

malloc/free和new/delete的区别 ：

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。

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。