C/C++内存管理

1. C/C++内存分布

通过下面一段代码了解C/C++内存划分。

         全局变量与static修饰的全局变量的区别是： 一个全局变量被static修饰，使得这个全局变量只能在本源文件内使用，不能在其他源文件内使用。static修饰局部变量改变了变量的生命周期
让静态局部变量出了作用域依然存在，到程序结束，生命周期才结束。

        const在* 前面修饰的是pChar3 指向的内容，为常量存在常量区，“abcd”为字面常量存放在常量区，char2所指向的内容以及 char2  并没有const修饰，所以存放在栈区。

【说明】
        1. 栈又叫堆栈--局部变量(非静态)/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。

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

void Test ()
{
int* p1 = (int*) malloc(sizeof(int));
free(p1);
// 1.malloc/calloc/realloc的区别是什么？
int* p2 = (int*)calloc(4, sizeof (int));
int* p3 = (int*)realloc(p2, sizeof(int)*10);
// 这里需要free(p2)吗？
free(p3 );
}

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

        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()
{
A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));
A* p2 = new A(1);
free(p1);
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;
}

        在vs2013版本编译器下：new多个对象时，系统会自动在对象前面加上new对象的个数。

        但从上图可以看出来，虽然多开辟了4个字节，但是p3却不指向多开辟存储new对象个数的位置。

        当我们吧析构函数屏蔽掉后，编译器却没有开辟一块空间存储new对象的个数，所以有没有析构函数与开不开辟空间存储new对象的个数是直接相关的！！！

        new/delete ，new[] / delete[]  要配合使用！！！否则程序就会出问题！！

4. operator new与operator delete函数

4.1 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。
*/
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

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(正是因为抛异常所以当程序出现问题时我们才要捕获异常)，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
        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。

7.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

        注意：前五条为用法上的区别，最后一条为原理。