C++ 动态内存管理：c/c++的动态内存管理，new/delete，operator new/delete，placement-new， 内存泄漏
- c/c++的动态内存管理
- new/delete
- opeartor new/delete
- placement-new
- 内存泄漏
c/c++的动态内存管理
在开始之前首先要了解c和c++的内存分布，我简单的画了一个图
- 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。
- 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。
- 堆用于程序运行时动态内存分配，堆是可以上增长的。
- 数据段–存储全局数据和静态数据。
- 代码段–可执行的代码/只读常量。
之前我写过一篇关于c语言动态内存管理的博客：
https://blog.csdn.net/qq_35423154/article/details/103283679
这次再将这个问题引申到c++上，谈一谈c++对c动态内存管理的扩充和改进。
首先，我们需要找到，new/delete与c语言的malloc/free之间有什么区别，为什么有了malloc和free还要实现new和delete呢？new和delete又在malloc和free上有什么改进呢？
new/delete
首先来简单介绍一下new和delete的用法
int main()
{int* data1 = new int;//动态分配一个int的空间int* data2 = new int(15);//动态分配一个int的空间，并将它初始化成15int* arr = new int[10];//动态分配具有10的int的空间//这里需要注意[]中写的是该类型数据的个数，而()是初始化的内容delete data1;delete data2;delete[] arr;//对于单个数据直接用delete加上名字，如果是多个则需要在delete后面加上[]
}
对于内置类型，malloc/free和new/delete的用法类似，功能也差不多，下面来试试自定义类型。
class Date
{public:Date(int year = 2020, int month = 4, int day = 28):_year(year),_month(month),_day(day){}~Date(){cout << "调用析构函数" << endl;}private:int _year;int _month;int _day;
};int main()
{Date* d1 = (Date*)malloc(sizeof(Date));//使用c语言的malloc和freeDate* d2 = new Date();//使用c++的new和deletefree(d1);delete(d2);return 0;
}
接下来先进入调试，看看他们有什么区别
可以看到d1虽然创建了，但里面都是随机值，而d2自动调用了默认的构造函数。
然后再看看free和delete
调用后会发现他们都会清除数据，但是delete会再调用一次析构函数。
下面来看看他们的汇编有什么不同
这里可以看到，它们的基本操作类似，只是new和delete多调用了构造函数和析构函数，但是new还调用了一个operator new，那又是什么呢？
opeartor new/delete
这里我找来了operator new和delete的代码
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。
void* __CRTDECL operator new(size_t size) _THROW1(_STD bad_alloc) {// try to allocate size bytesvoid* p;while ((p = malloc(size)) == 0)if (_callnewh(size) == 0){// report no memory// throw a bad_alloc exceptionstatic const std::bad_alloc nomem;_RAISE(nomem);}return (p);
}
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_FINALLYreturn;
}
我们可以看到, opeartor new其实底层调用的还是malloc，但是它改进了一些东西，比如c中分配失误时返回NULL,而它这里是抛出一个异常，operator和free也类似，于是我百度了一下，了解他们为什么要这样实现。
我得到的结果是，因为c是面向过程，c++是面向对象，这两个函数其实就是从面向过程到面向对象之间的一种过渡，增添了异常和一些内容，再从opeartor new/delete到new/delete又增添了调用构造函数和析构函数，更加符合面向对象的思想。
总结
调用new/delete其实底层会这样实现。
1.动态分配空间/释放空间(调用operator new/delete->调用malloc/free)
2.自定义类型（调用构造函数/析构函数）
如果是 new[]/delete[]
则分配一段连续的空间，并且调用n次 构造函数/析构函数
内置类型：
对于内置类型，new/delete其实和malloc/free基本类似，只不过new和delete失败后会抛出一个bad_allocy异常，而malloc/free会返回一个NULL。
同时new会初始化创建的数据
自定义类型：
1.调用operator new/delete 分配空间/释放空间
2.调用构造函数/析构函数
malloc/free和new/delete的共同点是：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：
- 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
placement-new
placement-new也就是定位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。这一步其实就是new再调用operator后再执行的那一步。
在实际中我们也会经常使用到定位new表达式，因为内存池分配出来的内存没有初始化，所以如果是自定义类型的对象，我们需要使用定位new表达式来显式调用构造函数来为其初始化。
下面介绍一下用法
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
int main()
{Date* d1 = (Date*)malloc(sizeof(Date));new(d1) Date;//对于刚刚那个日期类，在使用malloc分配后再用定位new来显式调用构造函数。return 0;
}
内存泄漏(引用)
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。
一般来说，内存泄漏大多数存在于c/c++程序中，因为现在的主流语言如java,python，c#等都具有完善的垃圾回收机制，所以一般不会存在内存泄漏的情况，但也因为这种上述语言存在这种垃圾回收机制，所以在回收内存的时候也会花费宝贵的CPU资源，导致速度有所下降，所以对于c和c++，这是一把双刃剑，全靠程序员如何掌控。
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。
如何避免内存泄漏
- 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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