C++的内存管理详细解释
作者：An_Mo
一、C/C++内存分布
- 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，堆是可以向上增长的。
- 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。
二、C语言中动态内存管理方式：
1、malloc/calloc/realloc区别：
共同点:
- 都是C语言中用来进行动态内存申请的库函数，申请的空间都在堆上，用完之后必须使用free来进行释放
- 返回值类型都是void*在接受返回的地址时必须要进行强转
- 如果申请空间成功:返回的是空间的首地址，如果失败返回的是NULL
不同点:
- malloc：返回值类型void*
在接受返回的空间地址时必须要进行强转
成功:空间首地址 失败:NULL
参数:申请的空间所占总的字节数
申请的空间在堆上，使用完成后必须要使用free来进行释放
- calloc：返回值一致
参数列表:参数一表示元素的个数；参数二表示单个类型的字节数
功能:与malloc基本相同，但是calloc会对其申请的空间进行初始化
- realloc(void* p, size_t size):将p所指向空间的大小调整到size字节
p指向的是NULL:该函数的类似malloc
假设:p所指向的空间总共占old个字节
size <= old:将p所指向的空间缩小到size个字节---->直接返回值p所指向空间的首地址
size > old:将p所指向的空间扩增到size个字节
大一点:返回原空间的首地址
大的多的多:申请新空间；将旧空间中元素拷贝到新空间；释放旧空间；返回新空间的首地址
三、C++中动态内存管理：new/delete
C++为什么要搞一套动态内存管理？
首先：C语言中的动态内存管理方式在C++中仍然可以使用
原因：
1、C语言中的方式比较麻烦—需要用户手动算字节数，需要对返回结果强转，需要判空，需要包含头文件
2、malloc、free:不会调用构造函数/析构函数；new、delete：在进行空间申请和释放时是会调用构造函数和析构函数的
// C++中动态内存管理方式：new/delete----申请单个类型的空间
// new[]/delete[]-----申请释放一段连续的空间
//注意：1、new/delete不是函数，是C++中的关键字||操作符
// 2、new的空间必须要有delete释放 new[]必须使用delete[]释放
class Test
{
public:
Test()
:_t(10)
{
cout << "Test():" << this << endl;
}
~Test()
{
cout << "~Test():" << this << endl;
}
int _t;
};
//new/delete和new[]/delete[]使用说明
void Test1()
{
int* p1 = new int;
int* p2 = new int(100);
int* p3 = new int[10];
int* p4 = new int[10]{ 1,2,3,4,5,6,7,8,9,0 };
delete p1;
delete p2;
delete[] p3;
delete[] p4;
}
void Test2()
{
//malloc并不是创建了一个Test类型的对象，只是在堆上申请了一块与Test类型大小相同的一块空间
//因为：malloc不调用构造函数
Test* p1 = (Test*)malloc(sizeof(Test));//malloc不会调用构造函数
if (nullptr == p1)
return;
//真正创建了一个对象，该对象的空间在堆上
Test* p2 = new Test;//new在申请空间期间会调用构造函数
free(p1);//:在释放空间期间，不会调用析构函数
delete p2;//:在释放空间期间，会调用对象的析构函数
}
/*
在C++中，如果想要在堆上申请空间：
1、采用C语言中的malloc、calloc、realloc，但是并不能申请对象的空间
2、采用new/new[]---可以调用构造函数，注意：如果使用new[]申请连续的空间是，该类必须提供无参或全缺省的构造函数
3、malloc/free,new/delete,new[]/delete[]必须成对使用，否则会内存泄漏或者代码崩溃
*/
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[]
四、实现原理
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
五、面试常问问题
1、malloc/free和new/delete的区别
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：
- malloc和free是函数，new和delete是操作符
- malloc申请的空间不会初始化，new可以初始化
- 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
- 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
- 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
- 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
2、内存泄漏
什么是内存泄漏：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。
内存泄漏的危害：长期运行的程序出现内存泄漏，影响很大，如操作系统、后台服务等等，出现内存泄漏会导致响应越来越慢，最终卡死
内存泄漏分类（了解）
C/C++程序中一般我们关心两种方面的内存泄漏：
1、堆内存泄漏(Heap leak)
堆内存指的是程序执行中依据须要分配通过malloc / calloc / realloc / new等从堆中分配的一块内存，用完后必须通过调用相应的 free或者delete 删掉。假设程序的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再被使用，就会产生Heap Leak。
2、系统资源泄漏
指程序使用系统分配的资源，比方套接字、文件描述符、管道等没有使用对应的函数释放掉，导致系统资源的浪费，严重可导致系统效能减少，系统执行不稳定。
如何避免内存泄漏
1、工程前期良好的设计规范，养成良好的编码规范，申请的内存空间记着匹配的去释放。ps：这个理想状态。但是如果碰上异常时，就算注意释放了，还是可能会出问题。需要下一条智能指针来管理才有保证。
2、 采用RAII思想或者智能指针来管理资源。
3、有些公司内部规范使用内部实现的私有内存管理库。这套库自带内存泄漏检测的功能选项。
4、出问题了使用内存泄漏工具检测。ps：不过很多工具都不够靠谱，或者收费昂贵。
解决方案：
1、事前预防型。如智能指针等。
2、事后查错型。如泄漏检测工具。
总结
本篇文章就到这里了，希望能够给你带来帮助，也希望您能够多多关注脚本之家的更多内容！