~动态内存管理~

C语言动态内存管理

1.C语言使用malloc/calloc/realloc/free进行动态内存管理。

2.malloc/calloc/realloc

  malloc函数原型： void *malloc(size_t size);  //分配内存块（不会抛出异常）

            功能： 在内存的动态存储区中分配一个size字节大小的内存块，返回一个指向该块开头的指针。若size的大小为0，则返回值取决于特定的库实现，但返回的指针不应被解除引用。

                   新分配的内存块内容不被初始化。

          返回值： 申请成功时，返回指向由该功能分配的内存块的指针；申请失败时，返回空指针。

  calloc函数原型： void *calloc(size_t num, size_t size);  //分配并初始化内存块（不会抛出异常）

            功能： calloc函数与malloc函数相似，不同的是calloc函数会将分配的内存块初始化为0。若size的大小为0，则返回值取决于特定的库实现，但返回的指针不应被解除引用。

          返回值： 申请成功时，返回指向由该功能分配的内存块的指针；申请失败时，返回空指针。

  realloc函数原型：void *realloc(void *ptr, size_t size);  //重新分配内存块（不会抛出异常）

             功能：更改ptr指向内存块的大小（将内存块移动到新位置）。即使将内存块移动到新位置，内存块的内容仍可保留到新旧内存的较小者。若是新的内存块较大，则新分配的部分内存值是不确定的。

                   在ptr为空指针的情况下，函数的功能就如同malloc。

                   （C90/C98）若size的值为0，则先前在ptr中分配的内存被解除分配，就像调用free函数，并返回一个空指针。

                   （C99/C11）若size的大小为0，则返回值取决于特定的库实现，但返回的指针不应被解除引用。

           返回值：返回指向重新分配的内存块的指针，可能与ptr相同或者新位置。

3.free

  free函数原型：void free(void *ptr);  //释放分配内存块（不会抛出异常 ）

          功能：释放分配给malloc、calloc、realloc的内存块，使其再次可用于进一步分配。此函数不会更改ptr本身的值，因此ptr仍指向相同的位置（已无效）。

                若ptr未指向由malloc、calloc、realloc申请的的内存块，则会导致未定义的行为。若ptr为空指针，则该函数不执行任何操作。

C++动态内存管理

1.C++通过new和delete动态管理内存。

  new/delete动态管理对象，new[]/delete[]动态管理对象数组。

  注意：malloc/free、new/delete、new[]/delete[]一定要匹配使用，否则可能出现内存泄露甚至崩溃的问题.

2.全局变量、全局静态变量、局部变量、局部静态变量之间的区别是什么？

  1）全局变量、全局静态变量、局部静态变量存储在数据段上，局部变量存储在栈上。

  2）字符串存储在代码段上，malloc/calloc/realloc/new申请的内存块（并非内存块的名称）存储在堆上。

  3）栈又叫堆栈，存储非静态局部变量/函数参数/函数返回值等等，且栈是向下增长的。

  4）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，作进程间通信。

  5）堆存储程序运行时动态内存分配，且堆是向上增长的。

  6）数据段存储全局数据和静态数据。

  7）代码段存储可执行代码/只读常量。

3.我们知道C++是兼容C的，那么已经有C库malloc/free等来动态管理内存，为什么C++还要定义new/delete运算符来动态管理内存？（malloc/free和new/delete的区别与联系）

  1）malloc/free和new/delete都是动态管理内存的入口。

  2）malloc/free是C/C++标准库的函数，new/delete是C++操作符。

  3）malloc/free只是动态分配内存空间/释放空间，new/delete除了分配/释放内存还会调用构造函数和析构函数进行初始化与清理工作。

  4）malloc/free需要手动计算类型大小且返回值为void *，new/delete可自己计算类型的大小且返回值为对应类型的指针。

4.C++其他内存管理接口  （并没有重载new/delete表达式）

  void *operator new(size_t size);

  void operator delete(size_t size);

  void *operator new[](size_t size);

  void operator delete[](size_t size);

  通过调用operator new函数执行new表达式获得内存，接着在该函数中构造一个对象。

  通过撤销一个对象执行delete表达式，接着调用operator delete函数释放对象使用的内存。

  总结：1）operator new、operator delete、operator new[]、operator delete[]与malloc/free用法一样。

        2）只负责分配/释放空间，不会调用对象构造/析构函数来初始化/清理对象。

        3）实际上operator new、operator delete只是malloc、free的一层封装。

5.执行的操作

  1）new做了两件事

     调用operator new分配空间、调用构造函数初始化对象

  2）delete做了两件事

     调用析构函数清理对象、调用operator delete释放空间

  3）new[N]做了两件事  （分配空间时会在空间的开始处多分配4个字节的大小，用于存储N，便于析构）

     调用operator new分配空间、调用N次构造函数分别初始化每个对象

  4）delete[N]做了两件事

     调用N次析构函数清理对象、调用operator delete释放空间

6.定位new表达式

  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                    （place_address必须是一个指针）

  new(place_address) type(initializer_list)  （initializer_list是类型的初始化列表）

  1）malloc/free + 定位操作符new()/显示调用析构函数，模拟new/delete行为

     类名 *p = （类名 *）malloc（sizeof（类名））；

     new（p） 类名（初始值）；  //new

     p->类名的析构函数；

     free（p）；  //delete

  2）malloc/free + 多次调用定位操作符new()/显示调用析构函数，模拟new[]/delete[]行为

     类名 *p = （类名 *）malloc（sizeof（类名）* N）；

     for（i=0；i<N；i++）

     {

          new（p+i） 类名；

     }  //new[N]

     for（i=0；i<N；i++）

     {

          p[i].类名的析构函数；

     }

     free（p）；  //delete[N]

7.深度剖析new/delete与new[]/delete[]

  1）new（size） -> operator new() -> malloc() -> 构造函数 -> ptr（返回值）

     delete（ptr） -> 析构函数 -> operator delete() -> free()

  2）new[count]（size+4） -> operator new[]() -> operator new() -> malloc() -> 构造函数（count次） -> ptr（返回值）

     delete[] -> 析构函数（count次） -> operator delete[]() -> operator delete() ->free()

     （new type[] type显示定义析构函数才会多开4个字节，以存储对象个数）