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3 operator?new与operator delete函数?
3.1 认识operator?new与operator delete函数?
1 内存分布
数据在内存中是如何存储的？我们先来看一道面试题：
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 D.代码段
globalVar在哪里？__C__ staticGlobalVar在哪里？__C__
staticVar在哪里？__C__ 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) = __4/8__; strlen(pChar3) = __4__;
sizeof(ptr1) = __4/8__;?由上面这道面试题，我们把内存空间进行划分。
咱们只介绍一下程序员用的四区，四区我之前介绍过可以看看我之前的有关内存四区介绍的博客，博客的链接放到这里。(2条消息) 【C++】【1】 内存四区简介_哪 吒@的博客-CSDN博客
2 对比C/C++动态内存管理
C++有动态内存管理，C语言也有动态内存管理，我们对比一下C和C++有什么区别。
2.1 C语言动态内存管理
C语言动态内存管理有四个函数：
- malloc?在内存的动态存储区中分配一块长度为size字节的连续区域，参数size为需要内存空间的长度，返回该区域的首地址。
- calloc?与malloc相似，不过函数calloc() 会将所分配的内存空间中的每一位都初始化为零
- realloc?给一个已经分配了地址的指针重新分配空间，可以做到对动态开辟内存大小的调整。
- free?free的作用是释放掉我们向堆区申请的那块空间
既然说到这了，详细的说说malloc、calloc、realloc这三个函数的具体区别：
- malloc()：程序员向堆区申请size字节大小的内存空间，然后返回第一个字节的地址，如果空间开辟失败的话返回NULL指针，malloc不会对申请到的内存空间进行初始化。
- calloc()：calloc()是malloc()的升级版，malloc()不会对申请到的内存空间进行初始化，而calloc()会将申请到的内存空间初始化成0
- realloc()：可以对给定的指针所指的空间进行扩大或者缩小，无论是扩张或是缩小，原有内存的中内容将保持不变.当然，对于缩小，则被缩小的那一部分的内容会丢失.realloc()并不保证调整后的内存空间和原来的内存空间保持同一内存地址.相反，realloc()返回的指针很可能指向一个新的地址
- realloc()：是从堆上分配内存的，当扩大一块内存空间时，realloc()试图直接从堆上现存的数据后面的那些字节中获得附加的字节，如果能够满足，此时即原地扩；如果数据后面的字节不够，那么就使用堆上第一个有足够大小的自由块，现存的数据然后就被拷贝至新的位置，而老块则放回到堆上。这句话传递的一个重要的信息就是数据可能被移动，即异地扩
void Test()
{
int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int));
cout << p1 << endl;
free(p1);
int* p2 = (int*)calloc(4, sizeof(int));
cout << "扩容前地址："<< p2 << endl;
int* p3 = (int*)realloc(p2, sizeof(int) * 10);
cout << "扩容后地址：" << p3 << endl;
free(p3);
}
int main()
{
Test();
return 0;
}输出结果：?
我们发现扩容前和扩容后的地址是相同的，即原地扩，否则异地扩。
2.2 C++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
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[3];
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[ ]
总结：对于内置类型而言，用malloc和new，除了用法不同，没有什么区别。它们的区别在于自定义类型，往下我们看看跟C语言中的不同
2.3 C++自定义类型的动态内存管理
我们写了一个代码，来看看C++在new一个自定义类型空间的时候会做什么事情
class Test
{
public:
Test(int age):m_age(age)
{
cout << "Test(int age)的构造函数调用" << endl;
}
~Test()
{
cout << "Test(int age)的析构函数调用" << endl;
}
private:
int m_age;
};
int main()
{
Test* t1 = new Test(10);
delete t1;
return 0;
}
我们通过调试发现使用new对自定义类型对象开辟空间的时候调用了自定义类型的构造函数，而且进行了初始化。我们会向是不是delete的时候也会调用析构函数呢，答案是：是的，我们再来F10继续调试看一下。果真如此。
我们转到反汇编看一下
诶？C语言的malloc和free可以吗？我们接着看
2.4 C语言自定义类型的动态内存管理
class Test
{
public:
Test(int age):m_age(age)
{
cout << "Test(int age)的构造函数调用" << endl;
}
~Test()
{
cout << "Test(int age)的析构函数调用" << endl;
}
private:
int m_age;
};
int main()
{
//Test* t1 = new Test(10);
//delete t1;
Test* t1 = (Test*)malloc(sizeof(Test));
free(t1);
return 0;
}
我们通过调试发现，使用malloc对自定义类型对象开辟空间的时候调什么操作都没有做，我们会想是不是free的时候也这样呢，答案是：是的，我们再来F10继续调试看一下。果真如此，malloc和free除了向内存申请和释放空间，其他的事情都没做。
?我们看一下汇编，发现确实是没有调用自定义类型的构造函数和析构函数。
2.5 C/C++操作自定义类型申请空间的区别
- 申请空间时：malloc只开空间，new既开空间又调用自定义类型的构造函数初始化
- 释放空间时：delete会调用析构函数，free不会
- new申请内存失败：抛异常处理
- malloc申请内存失败：返回NULL指针?
3 operator?new与operator delete函数?
3.1 认识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。
- 注意：operator new和operator delete不是对new和delete的重载，这是俩库函数。
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，如果改应对措施用户设置了，则继续申请，否则抛异常。operator new本质是封装了malloc，operator delete本质是封装了free。
? operator?new与operator delete函数 使用如下：
int main()
{
Stack* ps2 = (Stack*)operator new(sizeof(Stack));
operator delete(ps2);
Stack* ps1 = (Stack*)malloc(sizeof(Stack));
assert(ps1);
free(ps1);
}
operator new和operator delete的功能和malloc、free一样。也不会去调用构造函数和析构函数，不过还是有区别的：
- operator new不需要检查开辟空间的合法性
- operator new开辟空间失败就抛异常
3.2new和delete的底层原理
既然这么说了，我们就猜到了new和delete的底层原理是靠operator new和operator delete实现的，那么是如何实现的呢？我们一起来看一下：
Stack* ps3 = new Stack;
new的底层原理：转换成调用operator new + 构造函数
delete ps3;
delete的底层原理：转换成调用operator delete + 析构函数
- new的底层原理就是转换成调用operator new + 构造函数
- delete的底层原理就是转换成调用operator new +构造函数
我们通过调试和反汇编看一下：
?
3.3?malloc/free和new/delete的区别
共同点：
- 都是从堆上申请空间，并且需要用户手动释放。
不同点：
- 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
- 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
4?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。
new (place_address) type或者new (place_address) type(initializer-list)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(int date = 2)
: _data(date)
{
cout << "Test():" << this << endl;
}
~Test()
{
cout << "~Test():" << this << endl;
}
private:
int _data;
};
int main()
{
// 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* pt1 = (Test*)malloc(sizeof(Test));
//new (place_address) type
new(pt1)Test; // 注意：如果Test类的构造函数有参数时，此处需要传参
//new(place_address) type(initializer - list)
Test* pt2 = (Test*)malloc(sizeof(Test));
new(pt2)Test(10);
}
5 可怕的内存泄漏
5.1 什么是内存泄漏
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。（内存泄漏是指针丢了）
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
?5.2 内存泄漏的分类
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。
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5.3 如何通过工具检测内存泄漏?
- 在linux下内存泄漏检测：linux下几款内存泄漏检测工具
- 在windows下使用第三方工具：VLD工具说明
- 其他工具：内存泄漏工具比较
5.4 如何避免内存泄漏
?
- 良好的代码习惯
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。ps：不过很多工具都不够靠谱，或者收费昂贵。
- 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。
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