【C++】C/C++内存管理

1.C/C++内存分配

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.数据段(静态区)? ?staticGlobalVar在哪里 C.数据段
???staticVar在哪里？C.数据段? localVar在哪里？A.栈区
???num1 在哪里？A.栈区
???
???char2在哪里? A.栈区? ?*char2在哪里？A.栈
???pChar3在哪里？A.栈区?????*pChar3在哪里？D.代码段(常量区)
???ptr1在哪里？A.栈区 ???????*ptr1在哪里？B.堆

2. 填空题：
???sizeof(num1) =? 40; ?

? ?sizeof(char2) =? 5; ? ? ?strlen(char2) = 4;

? ?sizeof(pChar3) = 4/8; ? ? strlen(pChar3) =4;

? ?sizeof(ptr1) = 4/8;

3. sizeof 和 strlen 区别？

strlen只能计算以\0结尾的字符串的长度

sizeof计算类型的大小，也可以计算字符串的长度包含\0的大小

2.C语言中动态内存管理方式：malloc/calloc/realloc/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));
    int* p3 = (int*)realloc(p2, sizeof(int)*10);
    // 这里需要free(p2)吗？
    // 不需要，realloc分为异地扩容和就地扩容
    // 如果是异地扩容，会将原数据拷贝到新的空间中，然后释放旧的空间
    // 所以p2和p3指的是同一块空间
    free(p3 );
}

【面试题】

1.malloc/calloc/realloc的区别？

malloc+memset = calloc

2.malloc的实现原理

3.C++内存管理方式

为什么C++中使用new来构造对象？

C语言内存管理方式在C++中可以继续使用，但是C++有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，malloc对于自定义类型很难进行初始化，所以对自定义类型初始化需要使用C++中的构造函数，由于构造函数不能显式调用，所以C++中会引入new来创建对象，使得在定义自定义类型时，自动调用构造函数。

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，对于内置类型的作用几乎是一样的

在申请自定义类型空间时，new会调用构造函数，delete会调用析构函数，而malloc与free不会

class A
{
public:
     A(int a = 0): _a(a)
     {
         cout << "A():" << this << endl;
     }
     ~A()
     {
         cout << "~A():" << this << endl;
     }
private:
     int _a;
};
int main()
{
 
     A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));
     A* p2 = new A(1);
     free(p1);
     delete p2;
 
     int* p3 = (int*)malloc(sizeof(int)); 
     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;
}

4.operator new 与operator delete函数

4.1 operator new与operator delete函数

new和delete时用户进行动态内存申请和释放的操作符，operator new和operator delete时系提供的全局函数，new在底层调用operator new 全局函数来申请空间，delete在底层调用operator delete全局函数释放空间

?下面是operator new和operator delete的底层代码

/*
    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，否则抛常。
*/
void *__CRTDECL operator new(size_t size) _THROW1(_STD bad_alloc)
{
// try to allocate size bytes
    void *p;
    while ((p = malloc(size)) == 0)
 ?  if (_callnewh(size) == 0)
 ? ?{
 ? ? ? ? // report no memory
 ? ? ? ? // 如果申请内存失败了，这里会抛出bad_alloc 类型异常
 ? ? ? ? static const std::bad_alloc nomem;
 ? ? ? ? _RAISE(nomem);
 ? ?}
    return (p);
}
/*
    operator delete: 该函数最终是通过free来释放空间的
*/
void operator delete(void *pUserData)
{
 ? ? _CrtMemBlockHeader * pHead;
 ? ? RTCCALLBACK(_RTC_Free_hook, (pUserData, 0));
 ? ? if (pUserData == NULL)
 ? ? ? ? return;
 ? ? _mlock(_HEAP_LOCK); ?/* block other threads */
 ? ? __TRY
 ? ? ? ? /* get a pointer to memory block header */
 ? ? ? ? pHead = pHdr(pUserData);
 ? ? ? ? ?/* verify block type */
 ? ? ? ? _ASSERTE(_BLOCK_TYPE_IS_VALID(pHead->nBlockUse));
 ? ? ? ? _free_dbg( pUserData, pHead->nBlockUse );
 ? ? __FINALLY
 ? ? ? ? _munlock(_HEAP_LOCK); ?/* release other threads */
 ? ? __END_TRY_FINALLY
 ? ? return;
}
/*
    free的实现
*/
#define ? free(p) ? ? ? ? ? ? ? _free_dbg(p, _NORMAL_BLOCK)

从上面我们可以知道：operator new是通过malloc来开辟空间，本质上是对malloc的封装，如果申请成功就直接返回，如果申请失败，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，如果用户没有提供，就抛出异常；operator delete是通过free来释放空间，本质上是对free的封装

5.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[ ] 申请和释放连续孔吉纳，而new在申请空间失败时会抛出异常，malloc则会返回NULL

5.2 自定义类型

new的原理

• 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

delete的原理

• 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

new T[ N ]的原理

• 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.在申请空间上执行N次构造函数

delete T[ N ]的原理

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

6.常见面试题

6.1 malloc/free 和 new/delete的区别

malloc/free和new/delete 的共同点：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：

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

6.2 内存泄露