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一、内存的分布
1.1内存分布
1.2例题
二、C语言的动态内存管理
2.1malloc
2.2calloc
2.3realloc
2.4 free
三、C++的动态内存管理
3.1内置类型
3.2自定义类型
3.3operator new&&operator delete
3.4 new 与 delete 的原理
3.5定位new表达式(placement-new)
四、malloc/free和new/delete的区别
一、内存的分布
1.1内存分布
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。
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。
1.2例题
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);}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__ 全局变量
staticGlobalVar在哪里？__C__ 全局静态变量
staticVar在哪里？__C__ 局部静态变量
localVar在哪里？__A__ 局部变量
num1 在哪里？__A__ 局部数组
char2在哪里？__A__ 局部数组
*char2在哪里？_A__ 此时的char代表的是数组首元素地址，*char代表元素a在栈上
pChar3在哪里？__A__ 指针局部变量
*pChar3在哪里？__D__ 指向常量字符串 首元素地址解引用
ptr1在哪里？__A__ 局部指针变量
*ptr1在哪里？__B__ 开辟的空间放在堆上
二、C语言的动态内存管理
2.1malloc
C语言提供的一个动态开辟内存的函数：
1 void* malloc (size_t size);这个函数向内存申请⼀块连续可用的空间，并返回指向这块空间的指针。
• 如果开辟成功，则返回⼀个指向开辟好空间的指针。
• 如果开辟失败，则返回⼀个 NULL 指针，因此malloc的返回值⼀定要做检查。
int* ret = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);if (ret == NULL){perror("malloc fail");; return 1;}• 返回值的类型是 void* ，所以malloc函数并不知道开辟空间的类型，具体在使用的时候需要使用者自己来决定。
int* ret = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);• 如果参数 size 为0，malloc的行为是标准是未定义的，取决于编译器。
2.2calloc
C语言还提供了⼀个函数叫 calloc ， calloc 函数也用来动态内存分配。原型如下：
void* calloc (size_t num, size_t size);• 函数的功能是为 num 个大小为 size 的元素开辟⼀块空间，并且把空间的每个字节初始化为0。
• 与函数 malloc 的区别只在于 calloc 会在返回地址之前把申请的空间的每个字节初始化为全 0。
Tips：
calloc 因为要初始化为0所以相比 malloc 慢一点
同样也需要检验空指针的问题
2.3realloc
有时会我们发现过去申请的空间太小了，有时候我们又会觉得申请的空间过大了，那为了合理的使用内存，我们⼀定会对内存的大小做灵活的调整。那 realloc 函数就可以做到对动态开辟内存大小的调整。
函数原型如下：
void* realloc (void* ptr, size_t size);• ptr 是要调整的内存地址
• size 调整之后新的大小
• 返回值为调整之后的内存起始位置
• 这个函数调整原内存空间大小的基础上，还会将原来内存中的数据移动到新的空间
Tips：
realloc在调整内存空间的是存在两种情况：
◦ 情况1：原有空间之后有足够大的空间
◦ 情况2：原有空间之后没有足够大的空间
情况1：
当是情况1的时候，要扩展内存就直接原有内存之后直接追加空间，原来空间的数据不发生变化。
情况2：
当是情况2的时候，原有空间之后没有足够多的空间时，扩展的方法是：在堆空间上另找⼀个合适大小的连续空间来使用，然后将原来空间的数据拷贝到新空间，释放旧空间。这样函数返回的是⼀个新的内存地址。
所以 realloc 应该规范使用：
因为调整失败会返回空指针，如果原指针直接接收返回值，可能把原空间地址丢失，所以应该用另一个指针接收返回值，并且判空，不为空则将指针地址赋值给原指针。
2.4 free
C语言提供了另外⼀个函数free专门是用来做动态内存的释放和回收的。
函数原型如下：
void free (void* ptr);free函数是用来释放动态开辟的内存。
• 如果参数 ptr 指向的空间不是动态开辟的，那free函数的行为是未定义的。
• 如果参数 ptr 是NULL指针，则函数什么事都不做。
演示代码：
int main(){int num = 0;scanf("%d", &num);int arr[num] = { 0 };int* ptr = NULL;ptr = (int*)malloc(num * sizeof(int));if (NULL != ptr)//判断ptr指针是否为空 {int i = 0;for (i = 0; i < num; i++){*(ptr + i) = 0；}}free(ptr);//释放ptr所指向的动态内存 ptr = NULL;//是否有必要？ return 0;}我们是否有必要置空 ptr 呢？
为了避免野指针的问题， free完成后一定记得置空原指针。
三、C++的动态内存管理
3.1内置类型
int main(){// 动态申请一个int类型的空间int* ptr4 = new int;// 动态申请一个int类型的空间并初始化为3int* ptr5 = new int(3);// 动态申请3个int类型的空间int* ptr6 = new int[3];// 动态申请10个int类型的空间并初始化int* ptr7 = new int[10] {0};//全部初始化为0int* ptr8 = new int[10] {1, 2, 3};//部分初始化delete ptr4;delete ptr5;delete[] ptr6;delete[] ptr7;delete[] ptr8;}
Tip:
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[]，匹配起来使用。
3.2自定义类型
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。
<1>操作类
单参数演示代码：
class A{public: A(int a = 0) : _a(a) { cout << "A():" << this << endl; } ~A() { cout << "~A():" << this << endl; }private: int _a;};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A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A)); // 隐式类型转换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)); // Cint* 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;}
可以看到 p6【10】调用了10次构造函数和析构函数
多个参数演示代码：
class A{public: A(int a1=0 ,int a2 = 0) : _a1(a1) , _a2(a2) { cout << "A(int a1 = 0,int a2 = 0):" << endl; } A(const A& aa) :_a1(aa._a1) ,_a2(aa._a2) { cout << "A(const A& aa)" << endl; } A& operator=(const A& aa) { _a1 = aa._a1; _a2 = aa._a2; cout << "A& operator=(const A& aa)" << endl; } ~A() { cout << "~A():" << endl; }private: int _a1; int _a2;};int main(){A* p1 = new A;//多个参数类型转换A* p2 = new A(1,2);A* p3 = new A[3];//创建数组调用3次A* p4 = new A[3]{ {1,1},{2,2},{3,3} };//类中没有默认构造函数该怎么实现数组类的初始化呢？//法1 拷贝构造A aa1(1, 1);A aa2(2, 2);A aa3(3, 3);A* p5 = new A[3]{ aa1,aa2,aa3 };//法2 匿名对象，构造+拷贝构造->优化直接构造A* p6 = new A[3]{ A(1,1),A(2,2),A(3,3) };//法3 隐式类型转换A* p7 = new A[3]{ {1,1},{2,2},{3,3}};delete p1;delete p2;delete []p3;delete []p4;delete []p5;delete []p6;delete []p7;return 0;}<2>构建链表
struct ListNode{int val;ListNode* next; ListNode(int x):val(x),next(nullptr){}}; int main(){// 可以高效率的构建一个链表// 不光创建了节点，还直接调用构造函数初始化ListNode* n1 = new ListNode(1);ListNode* n2 = new ListNode(2);ListNode* n3 = new ListNode(3);ListNode* n4 = new ListNode(4);n1->next = n2;n2->next = n3;n3->next = n4;return 0;}可以知道new能够调用构造函数初始化，使用更加便捷方便了。
3.3operator new&&operator delete
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。
（1）operator new
void* __CRTDECL operator new(size_t size) _THROW1(_STD bad_alloc){// try to allocate size bytesvoid* 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 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，如果用户提供该措施 就继续申请，，否则抛异常。
（2）operator delete
/*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)operator delete 最终是通过free来释放空间的。
3.4 new 与 delete 的原理
（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。
（2）自定义类型
new的原理
1. 调用 operator new 函数申请空间，失败就抛异常
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
思考：如果没有匹配使用会发生什么情况呢？
内置类型并没有资源申请，所以考虑自定义类型
演示代码：
class A{public:A(int a = 0,int b = 1):_a(a),_b(b){cout << "A(int a = 0,int b = 1):" << endl;}~A(){cout << "~A():" << endl;}A& operator=(const A& aa){_a = aa._a; _b = aa._b;cout << "A& operator=(const A& aa)" << endl;}private:int _a = 2;int _b = 1;}; class B{private:int _a = 1;int _b = 2;}; int main(){B* p1 = new B[10]; //内存泄露//A* p2 = new A[10];//delete p2; delete p1;return 0;}
为什么newA【10】会报错而new B【10】不会呢？
可以看到A B区别就是A显示实现了构造 析构函数，而B是默认的
A,B对象都是8字节，应该是开80的内存，事实是这样吗？
可以看到 A 多开了4个字节存储数据个数，但返回的指针p2指向的并不是内存的首地址，这就是报错的原因，导致了内存泄漏问题。
p1不报错是因为释放了完整的内存并不存在内存泄漏，严格讲B也应该需要多开4字节存储数据个数但是编译器对B进行了优化，它的析构是编译器实现的并没有实际作用（没有资源申请），所以也不用多存4个字节，如若B显示析构，那么也会报错。
想要A不报错 只需要释放完整的内存空间，从（p2-1）位置 delete 释放内存即可。
3.5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：
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
情景假设：
需要高频申释放内存块，系统会建立一个专供——可重复使用的内存即内存池（堆上开辟）
因为内存池分配的内存没有初始化，所以需要定位new来显示调构造函数初始化
演示代码：
class A{public:A(int a = 0): _a(a){cout << "A():" << this << endl;}~A(){cout << "~A():" << this << endl;}private:int _a;};// 定位new/replacement newint main(){// p1现在指向的只不过是与A对象相同大小的一段空间，还不能算是一个对象，因为构造函数没//有执行A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));new(p1)A; // 注意：如果A类的构造函数有参数时，此处需要传参p1->~A();free(p1);//内存池专供A * p2 = (A*)operator new(sizeof(A));new(p2)A(10);p2->~A();operator delete(p2);return 0;}
四、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