内存管理 上（C/C++内存分布、C语言中动态内存管理方式、C++内存管理方式(new、delete)）

C/C++内存分布

int globalVar = 1;                             //全局、局部变量存储在数据段
static int staticGlobalVar = 1;

void Test()
{
    static int staticVar = 1;

    int localVar = 1;
    int num1[10] = { 1, 2, 3, 4 };

    char char2[] = "abcd";
    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);

}

上述代码分别存储在什么地方呢？思考一下吧 ヾ(✿ﾟ▽ﾟ)ノ
如下是内存区域划分图，跟刚才你想的一样吗 ？？？？？

【说明】

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（Linux课程如果没学到这块，现在只需要了解一下）
3. 堆用于程序运行时动态内存分配，堆是向上增长的
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

C语言中动态内存管理方式

malloc/calloc/realloc和free

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));         //初始化
 int* p3 = (int*)realloc(p2, sizeof(int)*10);   //扩容
 
 // 这里需要free(p2)吗？不需要
 //p3对p2进行扩容，扩容有两种情况：1>原地扩容2>重新开空间 
 free(p3 );
}

C++内存管理方式

C语言内存管理方式在C++中可以继续使用，但有些地方使用起来比较麻烦，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

new/delete操作内置类型

void Test()
{
 // 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10
 int* ptr5 = new int(10);
 
 // 动态申请10个int类型的空间
 int* ptr6 = new int[10];
 
 delete ptr4;
 delete ptr5;
 delete[] ptr6;
}

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[]

new和delete操作自定义类型

class Date
{
public:

    /*Date(int year, int month, int day)

        :_year(year)

        , _month(month)

        , _day(_day)

        {}*/

    Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
        :_year(year)
        , _month(month)
        , _day(_day)
    {
            std::cout << "Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)" << std::endl;
    }

    ~Date()
    {
        std::cout << "~Date()" << std::endl;
    }

private:
    int _year;
    int _month;
    int _day;
};

int main()
{
    //内置类型
    int* p1 = new int;
    int* p2 = (int*)malloc(sizeof(int*));

    delete p1;
    free(p2);

    //自定义类型
    Date* p3 = new Date;    // 开空间+（调用默认构造函数完成）初始化
    Date* p4 = (Date*)malloc(sizeof(Date));  //只开空间
    Date* p5 = new Date(2019, 3, 3);    // 开空间+初始化

    delete p3;  //析构(清理)+释放空间    ~Date()
    delete p5;  //  ~Date() 
    free(p4);   //释放空间


    Date* p6 = new Date[10];
    //delete[]p6;
    free(p6);//不能混着用，否则会报错——> “Mm_new.exe 已触发了一个断点”

    system("pause");
    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

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

struct ListNode
{
    ListNode* _next;
    ListNode* _prev;
    int _data;
    
    void* operator new(size_t n)
    {
        void* p = nullptr;
        p = std::allocator<ListNode>().allocate(1);
        std::cout << "memory pool allocate" << std::endl;
        return p;
    }

    void operator delete(void* p)
    {
        std::allocator<ListNode>().deallocate((ListNode*)p, 1);
        std::cout << "memory pool deallocate" << std::endl;
    }
};

class List
{
public:
    List()
    {
        _head = new ListNode;
        _head->_next = _head;
        _head->_prev = _head;
    }

    ~List()
    {
        ListNode* cur = _head->_next;
        while (cur != _head)
        {
            ListNode* next = cur->_next;
            delete cur;
            cur = next;
        }
        delete _head;
        _head = nullptr;
    }
    
private:
    ListNode* _head;
};

int main()
{
    List l;
    
    system("pause");
    return 0;
}

输出结果：

new和delete的实现原理

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

自定义类型

new的原理

• 调用operator new函数申请空间
• 在申请的空间上执行构造函数，完成对象的构造

delete的原理

• 在空间上执行析构函数，完成对象中资源的清理工作
• 调用operator delete函数释放对象的空间

new T[N]的原理

• 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
• 在申请的空间上执行N次构造函数

delete[ ]的原理

• 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
• 调用 operator delete[ ]释放空间，实际在 operator delete[ ]中调用 operator delete来释放空间

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 Test
{
public:
         Test()
             : _data(0)
         {
             cout<<"Test():"<<this<<endl;
         }
         ~Test()
         {
             cout<<"~Test():"<<this<<endl;
         }
 
private:
     int _data;
};

void Test()
{
 // pt现在指向的只不过是与Test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
 Test* pt = (Test*)malloc(sizeof(Test));
 
 new(pt) Test; // 注意：如果Test类的构造函数有参数时，此处需要传参
}