经过前面的学习，相信已经对面向对象有了一定的理解，这一篇博客，我们来系统的学习一下C/C++内存管理，这方便我们从内存角度，理解我们的代码。
目录
四. operator new与operator delete函数
4.1 operator new与operator delete函数（重点）
六、 定位new表达式(placement-new) （了解）
一、C/C++内存分布
我们先来看下面的一段代码和相关问题：
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);
}
1. 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 staticGlobalVar在哪里？C
staticVar在哪里？C
区别：
- 全局变量和静态全局变量在main函数之前就初始化，作用域是全局的，这两个在哪都可以使用! 这两个的区别在于：链接属性不一样，即全局变量所有文件中可见，静态全局变量只在本文件可见。
- 静态的局部变量是运行到那里才会初始化，它的作用域在Test函数中，只能在Test函数中使用！
localVar在哪里？A
num1 在哪里？ A char2在哪里？ A *char2在哪里？A
pChar3在哪里？ A *pChar3在哪里？ D
ptr1在哪里？ A *ptr1在哪里？ B
2. 填空题：
sizeof(num1) = 40
sizeof(char2) = 5 strlen(char2) = 4
sizeof(pChar3) = 4或者8 strlen(pChar3) = 4
sizeof(ptr1) = 4或者8
3. sizeof 和 strlen 区别？
sizeof是一个运算符，用于计算数据类型或变量所占用的内存空间。它在编译时确定，并返回一个size_t类型的值，表示内存的字节数。strlen是一个函数，用于计算以null字符\0结尾的字符串的长度，不包括终止的null字符。它在运行时确定，并返回一个size_t类型的值.
【说明】
- 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
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 );
}
【面试题】
1. malloc/calloc/realloc的区别？
malloc 用于分配指定字节数的内存但不初始化，calloc 用于分配指定数量的元素并将内存初始化为零，realloc 用于调整已分配内存的大小以适应新的需求。malloc 需要一个参数表示字节大小，calloc 需要两个参数表示元素数量和每个元素的字节大小，realloc 则需要指向已分配内存的指针和新的字节大小。
2. malloc的实现原理？
malloc 的实现原理包括从操作系统请求大块内存池，将其分割成小块并维护一个自由链表来管理这些内存块。分配内存时，malloc 根据不同策略在自由链表中查找合适的块，并在必要时进行分割；释放内存时，会尝试合并相邻的空闲块以减少碎片化。每个内存块包含元数据用于跟踪其大小和状态，这使得 malloc 能够有效管理内存。
三、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。
3.1 new/delete操作内置类型
int main()
{
//C语言 函数
int* p1 =(int*) malloc(sizeof(int));
int* p3 =(int*) malloc(sizeof(int)*10);
free(p1);
free(p3);
//C++ 操作符
int* p2 = new int;
int* p2 = new int(10); 申请1个int类型，占用4个字节空间，初始化为10
int* p4 = new int[10]; 申请10个int类型，占用40个字节空间；
delete p2;
delete[] p4;
return 0;
}
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
既然C语言已经有了malloc和free，new和delete的意义何在？
1、对于上面的内置类型，他们的效果是一样的；
2、对于申请自定义类型，他们的效果就不一样了。
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));
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;
}注意：
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。
四. operator new与operator delete函数
4.1 operator new与operator delete函数（重点）
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和malloc的区别在于：它们的使用方式都是一样的，处理错误的方式不一样！malloc申请内存空间失败，返回NULL， operator new申请内存空间失败，抛出异常（面向对象处理错误的方式）
五、 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，malloc会返回NULL。
5.2 自定义类型
六、 定位new表达式(placement-new) （了解）
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。
class A
{
public:
A(int a = 0)
: _a(a)
{
cout << "A():" << this << endl;
}
~A()
{
cout << "~A():" << this << endl;
}
private:
int _a;
};
// 定位new
int 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);
A* p2 = (A*)operator new(sizeof(A));
new(p2)A(10); //new(空间的指针)类型(参数)
p2->~A();
operator delete(p2);
return 0;
}七、常见面试题
7.1 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：
- 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， 如果是多个对象，[]中指定对象个数即可。
- 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。
7.2 内存泄漏
7.2.1 什么是内存泄漏，内存泄漏的危害
- 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。
void MemoryLeaks()
{
// 1.内存申请了忘记释放
int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int));
int* p2 = new int;
// 2.异常安全问题
int* p3 = new int[10];
Func(); // 这里Func函数抛异常导致 delete[] p3未执行，p3没被释放.
delete[] p3;
}7.2.2 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：
- 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。
- 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。
7.2.3 如何避免内存泄漏
- 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。
- 采用RAII思想或者智能指针来管理资源。
- 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。
- 出问题了使用内存泄漏工具检测。
总结一下: 内存泄漏非常常见，解决方案分为两种：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。
至此，全部内容就学习完毕，耐下心来，一点点积累， 星光不问赶路人，加油吧，感谢阅读，如果对此专栏感兴趣，点赞加关注！
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