【C++】内存管理：内存划分、动态内存管理（new、delete用法）

一、C/C++中的内存划分

• 栈又叫堆栈----存储非静态局部变量、函数参数、返回值等，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。用户可以使用系统接口创建共享内存，做进程间通信。
• 堆----用于程序运行时动态内存分配，堆是向上增长的。
• 数据段（静态区）----存储全局数据和静态数据。
• 代码段（常量区）----存储可执行的代码、只读常量。

题目练习：

如以上代码，问：

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？____
staticGlobalVar在哪里？____
staticVar在哪里？____
localVar在哪里？____
num1 在哪里？____
char2在哪里？____
*char2在哪里？___
pChar3在哪里？____
*pChar3在哪里？____
ptr1在哪里？____
*ptr1在哪里？____
答案：CCCAA AAADAB

讲解：

二、C语言中动态内存管理方式

malloc / calloc /realloc /free
这里就不在讲解用法了。

三、C++中动态内存管理方式

关键字 ： new 、delete
C++通过new来动态申请内存，通过delete来释放内存。简化了C语言中malloc的使用。

1、new、delete基本用法

(1)、内置类型

int* p1 = new int;//开辟一个int类型的空间给p1
int* p2 = new int[10];//开辟10个int类型的空间给p2delete p1;//释放P1
delete[] p2;//释放p2//C++支持申请对象+初始化
//单个对象初始化
int* p3 = new int(0);//p3指向被初始化为0的变量
//多个对象初始化
int* p4 = new int[10]{0};
int* p5 = new int[10]{1,2,3,4,5};//初始化部分对象
delete p3;
delete[] p4;
delete[] p5;

(2)、自定义类型

#include<iostream>
using namespace std;class A
{
public:A(int a1 = 0, int a2 = 0):_a1(a1), _a2(a2){cout << "A(int a1 = 0, int a2 = 0)" << endl;}~A(){cout << "~A()" << endl;}private:int _a1;int _a2;
};
int main()
{A* p1 = new A();A* p2 = new A();delete p1;delete p2;return 0;
}

new调用类的构造函数，delete调用类的析构函数。

之前我们用C语言来构建链表时，对每个节点都要进行malloc来开辟空间，并且进行初始化赋值，有了new之后，就方便了很多：

struct ListNode
{int val;ListNode* next;ListNode(int a):val(a), next(nullptr){}
};
int main()
{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;
}

#include<iostream>
using namespace std;class A
{
public:默认构造//A(int a1 = 0, int a2 = 0)//	:_a1(a1)//	, _a2(a2)//{//	cout << "A(int a1 = 0, int a2 = 0)" << endl;//}//构造函数A(int a1 , int a2 ):_a1(a1), _a2(a2){cout << "A(int a1 = 0, int a2 = 0)" << endl;}~A(){cout << "~A()" << endl;}private:int _a1;int _a2;
};
int main()
{A* p1 = new A();//在有默认构造函数时：A* p2 = new A[3];//会调用三次构造函数//在没有默认构造函数时：对其进行初始化//方法1（拷贝构造）A aa1(1,1);A aa2(2,2);A aa3(3,3);A* p3 = new A[3]{aa1,aa2,aa3};//方法2（匿名对象）A* p4 = new A[3]{A(1,1),A(2,2),A(3,3)}//匿名对象//方法3（隐式类型转换）A* p5 = new A[3]{ {1,1},{2,2},{3,3} };delete p1;delete[] p2;return 0;
}

2、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 实际也是通过maloc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。

3、new和delete的实现原理

（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[]申请和释放的是连续空间，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

（1）new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

（2）delete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

（3）new T[N]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

（4）delete[]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

4、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。
不同点:
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

四、谢谢观看！