C++動態內存管理詳解
1.C/C++程序地址空間
計算機物理內存的大小是固定的，在32位系統上，地址空間可達4G（2^32），這4G按照3:1的比例分配給用戶進程和內核。程序地址空間的構成：從上往下依次是：內核空間、棧區、共享區、堆區、未初始化數據區、初始化數據區、代碼區。而動態內存管理所申請的空間都是在堆區，在堆區動態開辟的空間都需要我們手動去釋放它，否則會造成內存泄漏。
內核空間：操作系統相關代碼
棧區：從高地址向低地址增長
共享區：加載動態庫，共享內存
堆區：從低地址向高地址增長
未初始化全局數據區
已初始化全局數據區
代碼區：可執行代碼及隻讀常量
2.C語言動態內存管理
(1)malloc
void* malloc(size_t size);
malloc()函數隻有一個參數，即要分配的內存空間的大小。
如果開辟成功，則返回一個指向開辟好空間的指針，如果開辟失敗，則返回一個空指針，因此每次申請完空間都需要判空。
malloc()函數返回值的類型是void*，在使用時需要自己強制轉換。
(2)calloc
void* calloc (size_t num, size_t size);
calloc()函數有兩個參數，分別是元素的數目和每個元素的大小，這兩個參數的乘積就是要分配的內存空間的大小。
malloc申請後空間的值是隨機的，並沒有進行初始化，而calloc在申請後，對空間逐一進行初始化，並設置值為0;
calloc由於給每一個空間都要初始化，所以效率必然比malloc低。
(3)realloc
void* realloc (void* ptr, size_t size);
realloc()函數就實現對 動態開辟 內存大小的調整。
realloc()函數包含兩個參數，分別是要調整的內存地址和調整的新大小。
realloc在調整內存空間時有兩種情況：
情況1：原有空間之後有足夠大的空間，我們就把需要擴展的內存直接放到原來空間的後面，原來空間的數據不發生變化。
情況2：原有空間之後沒有足夠大的空間，那就在堆上找一個合適大小的連續空間，將原來內存中的數據移動到新空間，然後將這個新空間的地址返回。
(4)free
void* free(void* ptr);
free函數用來釋放動態開辟的函數。
3.C++動態內存管理
(1)C++為什麼要設計一套自己專屬的動態內存管理方式?
C++作為一門在C語言的基礎上發展而來的語言，它本身是完全兼容C語言的，也就是說，C語言的動態內存管理方式在C++中依舊可以正常使用。那它為什麼還要設計一套屬於自己的動態內存管理方式呢？
在C++中，使用malloc/free申請或釋放內置類型的空間並沒有任何問題，但我們知道C++引入瞭類和對象的概念，而這一點帶來的影響就是並不能使用malloc從堆上為對象申請空間，因為malloc並不會去主動的去調用構造函數，這意味著其並不能成為真正的對象。所以如果使用malloc隻是申請瞭一段和對象同樣大小的空間而言，並非對象。同理使用free並不能釋放堆上對象的空間，因為free並不會調用析構函數去釋放對象中的資源。
而且C++所提供的動態內存管理方式使用起來更加方便、簡單，對用戶更加友好，並且不用去擔心空間可能會申請失敗的情況。
(2)new/delete定義
new操作符的格式：
new 類型; new 類型(初值); new 類型[];
delete操作符的格式：
delete 指針變量； delete[] 指針變量；
1)new/delete操作內置類型
int main(){
int *p1 = new int; //動態申請一個int類型的空間
int *p2 = new int(10); //動態申請一個int類型的空間並初始化為10
int *p3 = new int[3]; //動態申請10個int類型的空間
//釋放申請的空間
delete p1;
delete p2;
delete[] p3;
return 0；
}
2)new/delete操作自定義類型
//定義一個簡單的類
class Data{
public:
//構造函數
Data(int data = 0) : _data(data)
{
cout << "Data() :" << this << endl;
}
//析構函數
~Data()
{
cout << "~Data() : " << this << endl;
}
private:
int _data;
};
int main()
{
Data *d1 = new Data; //申請單個Data類型的對象
Data *d2 = new Data(10); //申請單個Data類型的對象並初始化
Data *d3 = new Data[5]; //申請5個Data類型的對象
//依次釋放申請的對象資源
delete d1;
delete d2;
delete[] d3;
//使用new/delete為類對象申請或釋放空間時會主動調用構造函數/析構函數完成對象的構造/資源的清理。
return 0;
}
(3)new/delete的實現原理
new 和 delete在堆上申請和釋放空間的時候，在底層實際上調用的是operator new和operator delete兩個全局函數。
而operator new和operator delete最終還是調用malloc和free來申請和釋放空間。
1)new/delete內置類型的原理
如果申請的是內置類型的空間，new和malloc，delete和free基本類似，不同的地方是：new/delete申請和釋放的是單個元素的空間，new[]和delete[]申請的是連續空間，而且new在申請空間失敗時會拋異常，malloc會返回NULL。也就是說使用new操作符不需要進行判空。
2)new/delete自定義類型的原理
new的原理
1.調用operator new函數申請空間
2.在申請的空間上執行構造函數，完成對象的構造
delete的原理
1.在空間上執行析構函數，完成對象中資源的清理工作
2.調用operator delete函數釋放對象的空間
new[]的原理
1.調用operator new[]函數，在operator new[]中實際調用operator new函數完成N個對象空間的申請
2.在申請的空間上執行N次構造函數
delete[]的原理
1.在釋放的對象空間上執行N次析構函數，完成N個對象中資源的清理
2.調用operator delete[]釋放空間，在operator delete[]中實際調用operator delete來釋放空間
4.malloc/free和new/delete的區別
共同點：
都是從堆上申請空間，並且需要用戶手動釋放。
不同點：
1.malloc和free是函數，new和delete是C++中的操作符
2.malloc申請的空間不會初始化，new可以初始化
3.malloc申請空間時，需要手動計算空間大小並傳遞，new隻需在其後跟上類型即可
4.malloc的返回值為void * , 在使用時必須強轉，new不需要，因為new後跟的是空間的類型
5.malloc申請空間失敗時，返回的是NULL，因此使用時必須判空，new不需要，但是new需要捕獲異常
6.申請自定義類型對象時，malloc/free隻會開辟空間，不會調用構造函數與析構函數，而new在申請空間後會調用構造函數完成對象的初始化，delete在釋放空間前會調用析構函數完成空間中資源的清理
5.內存泄漏
內存泄漏是指你向系統申請分配內存進行使用（new/malloc），然後系統在堆內存中給這個對象申請一塊內存空間，但當我們使用完瞭卻沒有歸還給系統（delete），導致這個不使用的對象一直占據內存單元，造成系統將不能再把它分配給需要的程序。
一次內存泄漏的危害可以忽略不計，但是內存泄漏堆積則後果很嚴重，無論多少內存，遲早會被占完，造成內存泄漏。
總結
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