💙作者：阿润菜菜
📖专栏：C++
本文目录
C/C++内存区域分布
对比C语言内存管理的方式
C++内存管理的方式
operator new与operator delete函数（new和delete实现的底层调用）
new和delete的实现原理
malloc/free和new/delete的区别
C/C++内存区域分布
我们熟知C&C++中内存区域有：栈 、堆、数据段（静态区）、代码段（常量区)
对于内存分布的说明：
对比C语言内存管理的方式
我们在C语言中是如何进行内存管理的? 一般通过以下四个命令：malloc/calloc/realloc/free
malloc的实现原理？ glibc中malloc实现原理
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？
free(p3 );
}realloc 异地扩容 不需要free原指针 否则二次释放
问题1：malloc/calloc/realloc的区别？
相同点：
1.都是从堆上申请空间；
2.都需要对返回值判空；
3.都需要用户free释放；
4.返回值类型相同（都是void*）；
5.都需要类型转化；
6.底层实现是一样的，都需要开辟多余的空间，用来维护申请的空间。不同点：
2.calloc函数，原型void *calloc(size_t n, size_t size)；会对申请空间初始化，并且初始化为0（数据量大时效率较malloc要低）；
3.malloc函数，原型void *malloc(unsigned int num_bytes)；申请空间须使用memset进行初始化；
4.realloc函数，原型void realloc(void *ptr, size_t new_Size)；是对已经存在的空间进行调整，当第一个参数传入NULL的时候和malloc函数一样，其扩容后地址和原先地址可能是不一样的，这取决于扩容的内存大小。
问题2：malloc的实现原理？ glibc中malloc实现原理
但C语言内存管理方式在C++中可以继续使用，但有些地方就无能为力，而且使用起来比较麻烦，因此C++又提出了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。
C++内存管理的方式
在C++中我们使用new和delete操作符进行动态内存管理操作。
new 初始化内置类型
// 动态申请一个int类型的空间
int* ptr4 = new int;
// 动态申请一个int类型的空间并初始化为10
int* ptr5 = new int(10);
// 动态申请10个int类型的空间
int* ptr6 = new int[3];
delete ptr4;
delete ptr5;
delete[] ptr6;
注意： 申请和释放单个元素的空间，使用new和delete操作符，申请和释放连续的空间，使用 new[]和delete[]
new 和delete 一定要匹配使用，不要和C语言的内存管理方式进行交叉使用，否则会出现程序崩溃的问题（内存泄露）。
在new和malloc系列里 有底层实现机制关联交叉，可能恰巧没问题，可能有问题，所以建议不能匹配使用。
new初始化自定义类型
#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
A(int a = 0)
: _a(a)
{
cout << "A():" << this << endl;
}
~A()
{
cout << "~A():" << this << endl;
}
private:
int _a;
};
int main()
{
// new/delete对于【自定义类型】除了开空间，还会调用构造和析构函数
A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));
A* p2 = new A(1);
free(p1);
delete p2;
// 内置类型是几乎是一样的
int* p3 = (int*)malloc(sizeof(int)); // C
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;
}结果：
operator new与operator delete函数（new和delete实现的底层调用）
/*
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，否则抛异常。
*/
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);
}/*
free的实现
*/
#define free(p) _free_dbg(p, _NORMAL_BLOCK)
/*
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;
}通过上述两个全局函数的实现知道，operator new 实际也是通过malloc来申请空间，如果malloc申请空间成功就直接返回，否则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，否则就抛异常。operator delete 最终是通过free来释放空间的。
new和delete的实现原理
1.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[]申请的是连续空间，而且new在申请空间失败时会抛异常，malloc会返回NULL。
2.如果申请的是自定义类型空间，new会调用全局函数operator new申请空间，并在申请空间上调用构造函数，完成对象的构造；delete会在空间上执行析构函数，完成对象的清理工作，并调用operator delete函数释放对象空间。
3.当申请空间为new T[N]时，new会调用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，并在申请的空间上执行N次构造函数；delete会在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，并调用operator delete[]释放空间，实际在operator delete[]中调用operator delete来释放空间。
malloc/free和new/delete的区别
相同点：都是从堆上申请空间，并且需要用户手动释放。不同点：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
