「C++」内存管理

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🍉内存分布

C语言阶段我们知道程序内存主要分为五个区域：栈区、堆区、静态区、代码段和内存映射段

①栈区：存储非静态局部变量、函数参数、返回值等。栈是向下增长的（从高地址向低地址增长）
②堆区：用于程序运行时动态内存分配（比如malloc动态开辟空间）。堆可以向上增长（从低地址向高地址增长）
③静态区：存储全局数据和静态数据（比如static修饰的变量）。静态区是语法层面的概念，后面学习操作系统的时候我们习惯称它为数据段（操作系统层面的概念）
④代码段：存放可执行的代码和只读常量
⑤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（Linux部分学习）

它们分布的示意图如下：

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🍉关键字new

class A {
public:

private:
	int _a;
};

int main() {
	A* p = (A*)malloc(sizeof(A));
	p->_a = 1;
	return 0;
}

上述代码中p->_a = 1;会报错，因为_a是私有成员，也就是说malloc不方便处理动态申请的自定义类型对象的初始化问题
C++中的关键字new则可以有效解决这个问题，来看一下如何使用new

	//内置类型
	int* p1 = new int;//动态申请1个整型大小的空间
	int* p2 = new int[5];//动态申请5个整型大小的空间
	int* p3 = new int(5);//动态申请1个整型大小的空间并初始化为5
	
	//自定义类型（假设现在有一个类A）
class A {
public:
	A(int x) {  //构造函数
		_a = x;
	}
private:
	int _a;
};

	A aa1(1);
	A aa2(1);
	A aa3(1);
	A* p4 = new A[3]{ aa1, aa2, aa3 };
	A* p5 = new A[3]{A(2), A(2), A(2) };//匿名对象
	A* p6 = new A[3]{ 3, 3, 3 };//构造+拷贝构造会被编译器优化为直接构造，即此处直接用3构造对象

通过对比，不难看出malloc只开辟空间
而new会做两件事：①开辟一块空间；②进行初始化。比如对于自定义类型，就会调用它的构造函数（没有构造函数那就会报错）
由此可以看出，new和malloc主要的区别还是在自定义类型的动态内存的开辟上，内置类型除了用法不同，没有区别，只不过new比malloc更方便
此外，malloc申请内存失败会返回空指针，而new则会抛出异常，这更符合面向对象的思想

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🍉关键字delete

有开辟就有释放，delete对应C语言的free，但是有所改进，delete除了释放空间，如果是自定义类型，那么还会调用析构函数

	double* p1 = new double;
	delete p1;
	
	double* p2 = new double[10];
	delete[] p2;

	//假设有一自定义类型A
	A* p3 = new A[2];
	delete[] p3;  //调用2次析构函数

注意：如果申请多个空间，一定要用delete[]，不然结果是未定义的，有可能导致程序崩溃

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🍉new和delete的封装实现

C++中new和delete都是操作符，它们在使用时分别会调用全局函数operator new和operator delete
如果是new[ ]和delete[ ]则会分别调用operator new[]和operator delete[]，但是这两个函数最终也是调用operator new和operator delete

●operator new实际上是对malloc进行封装，不过有所改进。对于自定义类型的对象，会调用它的构造函数，失败时抛出异常等（其实就是上面所说的new相较于malloc的优势）

●operator delete则是对free进行封装

●接着来说下new T[N]，它实际是调用operator new函数完成N个对象空间的申请，也就是调用N次构造函数

●同理，delete[]是调用N次析构函数，然后进行free。中括号里面不用写数字的原因是new T[N]和delete[]是配合使用的，delete[]会自动根据N的大小来决定调用多少次析构函数

调用的途径如下：

new->operator new->malloc
delete->operator delete->free

new：先调用operator new申请空间，然后如果是自定义类型，则会调用构造函数
delete：先调用析构函数（自定义类型），然后再调用operator delete释放空间

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🍉总结

最后总结一下malloc＆free和new＆delete的区别（面试题常考）：

①malloc和free是函数，new和delete是操作符
②malloc申请的空间不会进行初始化，而new对于自定义类型会调用它的构造函数
③malloc申请空间时，需要我们手动计算所需空间的大小；而new只需写多少个所需类型大小的空间
④malloc返回值类型是void＊，接收返回值需要强制类型转换；而new不用
⑤malloc申请空间失败的话，会返回空指针NULL，我们需要判断是否为空；而new不需要，但它需要捕获异常
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

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🍉写在最后

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