C/C++内存管理,malloc,realloc,calloc,new,delete详解！！！

1.初步了解内存中各个区间存储的数据特征

1.栈区：存储一些局部变量、函数参数、返回值等，跟函数栈振有关，出了作用域，生命周期结束。

2.堆区：用于动态开辟空间，如果不主动销毁空间，则程序运行结束，生命周期结束。

3.数据段（静态区）：static修饰的静态变量和全局变量，程序运行结束，生命周期结束。

4.代码段（常量区）：可执行的代码和常量。

练习

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);
}

选项 : A . 栈   B . 堆   C . 数据段 ( 静态区 )   D . 代码段 ( 常量区 )

globalVar 在哪里？ __1__   staticGlobalVar 在哪里？ __2__

staticVar 在哪里？ __3__   localVar 在哪里？ __4__

num1 在哪里？ __5__

char2 在哪里？ __6__   * char2 在哪里？ __7_

pChar3 在哪里？ __8__       * pChar3 在哪里？ __9__

ptr1 在哪里？ __10__         * ptr1 在哪里？ __11__

1.C       2.C       3.C        4. A       5.A       

6.A        7. A       8.A        9.D        10.A        11.B

结合上图可以得知，cha2其本身存放在栈区，指针指向栈区中数组首元素的地址，再将静态区中"abcd"赋值给数组,所以*char指向的元素在栈区！！！

pChar3其本身存放在栈区，指向静态区中存放"abcd"字符串的首地址！！！

2.c语言实现内存管理

2.1malloc

在堆上开一快符合你预期大小的一块空间,并且返回指向该地址空间的指针

void* malloc (size_t size);

size:开多大的空间，单位是字节

2.2realloc

如果malloc开辟出来的空间开少了，realloc可以在堆上重新开一块符合你预期大小的空间，并返回指向该空间的指针

void* realloc (void * ptr,size_t size);

ptr：初始空间的地址

size：将空间开辟到多大

 2.3calloc

用于对开辟的空间进行初始化，calloc会将开辟的空间中每个元素初始化为0

void* realloc (size_t num,size_t size);

num：分配的元素数量

size：每个元素的大小

3.c++实现内存管理

3.1 new/delete new []/delete []

在c++中，有两对操作符new/delete、new []/delete []，他们的作用是负责开空间和释放空间！！！

new作用跟malloc类似，delete作用跟free类似

new和delete在面对自定义类型时会去调用构造函数和析构函数

new =先申请对象空间 再调用构造函数

delete = 先调用析构函数 再释放对象空间

3.1.1内置类型

当需要开一个整形的空间时。

int main()
{ //mallocint* p1 = (int*)malloc(sizeof(int));//new开空间用法跟malloc不同，但是作用相同，都是负责开空间！！！int* p2 = new int;//freefree(p1);//deletedelete(p2);return 0;
}

当需要开多个空间时 例如开10个int类型的空间 需要加上[]

int main()
{int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int)*10);int* p2 = new int[10];free(p1);delete[](p2);return 0;
}

3.1.2自定义类型

new和delete在面对自定义类型时会去调用构造函数和析构函数

new =先开空间 再调用构造函数

delete = 先调用析构函数 再释放空间

class Stack
{
public:Stack(int capacity = 4){_a = new int[capacity];int _top = 0;int _capacity = capacity;}~Stack(){delete (_a);_a = nullptr;_top = 0;_capacity = 0;}
private:int* _a;int _top;int _capacity;
};
int main()
{Stack* p2 = new Stack;//new先开空间 再去调用构造函数delete(p2);//delete先调用析构函数，再去释放空间return 0;
}

如果需要开10个Stack类型的空间 用new[] 和 delete[]

int main()
{Stack* p2 = new Stack[10];//new先开空间 再去调用构造函数delete[](p2);//delete先调用析构函数，再去释放空间return 0;
}

 3.2new/delete底层实现原理

3.2.1 全局函数 operator new/operator delete

要知道原理，我们就得先知道operatot new / operator delete 这两个全局函数

在c++中，有这样两个全局函数，他们的作用跟malloc、free类似，都是负责开空间和释放空间！！！

注意:operator new / operator delete 不是new/delete的重载，而是两个全局函数！！！

我们知道malloc申请空间失败的时候，会返回空。而operator new申请空间失败的时候则会抛异常。我们可以理解为operator是封装的malloc。

也就是说operator new 和mclloc除了申请空间失败的处理方法不同，其他的用法以及功能是相同的！！！

operator delete 可以理解为跟operator new对应，其用法和功能跟free完全一样！！！

int main()
{Stack* p1 = (Stack*)malloc(sizeof(Stack));free(p1);//operator new底层用的是mallocStack* p2 = (Stack*)operator new (sizeof(Stack));//operator delete底层用是freeoperator delete(p2);return 0;
}

3.2.2 new/delete 和 operator new/operator delete的关系

new = 1.申请对象空间 + 2.调用构造

delete = 1.调用析构 + 2.释放对象空间

在底层原理上，new的第一步申请对象空间底层就是调用operator new函数，

operator的第二步释放对象空间底层就是调用operator operator函数.

也就是说下面两段不同的代码，起到的作用都是相同的 

int main()
{Stack* p1 = new Stack;delete (p1);//等价于newStack* p2 = (Stack*)operator new (sizeof(Stack));//定位new显示调用构造函数new(p2)Stack;//等价于deletep2->~Stack();operator delete(p2);return 0;
}

我们到汇编语言的角度证明一下