【C++】C\C++内存管理

下面是围绕C\C++内存管理这一块知识谈论相关的内存管理机制，有需要借鉴即可。

同时，我在下面也放了快速建立链表的模板，方便oj题目拿到vs上进行调试。

内存管理目录

1.CPP内存管理
- 1.1new、delete关键字概念
- 1.2特性
- 1.3总结
2.new、delete的底层
- 2.1new的底层是operator new：
- 2.2delete的底层是operator delete
- 2.3总结
3.内存泄漏
- 3.1概念
4.快速生成链表模板

在介绍本节博客之前，请思考为什么要进行内存划分？或者说内存为什么要划分为不同的区域？直接一整块使用多好。

答案是为了方便内存管理。这就类似于我们为什么要对全国进行划分不同给的省份？正是因为划分了不同的省份可以方便管理才这样做的。
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1.CPP内存管理

针对于C/CPP语言，我们一般将内存划分为如下几个不同的区域：
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注：语言层面名称：静态区、常量区
操作系统层面名称：数据段、代码段

请回答下面代码中的变量分别存储在计算机内存的哪个区域？

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);
}

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下面是答案：

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对于上面所介绍的这些内存空间，我们作为编写代码的人应该重点关注哪一块区域呢？
答：
是堆空间，因为堆是系统把一部分操作权限给到我们编写代码的人的，包括一些堆的空间申请，堆的空间释放…

在C语言中，我们常用malloc\realloc\calloc进行对堆空间的申请和free释放
因而想要使用堆空间，下面代码基本说是"必经之路"。

思考：malloc、realloc、calloc的区别？
答：
malloc：申请一块空间
realloc：更改空间大小,支持原地扩容和异地扩容
calloc:申请一块空间并初始化

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 );
}

我们申请一块空间是需要先把地址放到一个指针变量里，然后再进行检查…程序复杂且重复。
CPP为了解决这个问题，通过对malloc函数进行封装加工处理，形成了new关键字，通过对free函数的封装加工处理，形成了delete关键字。

1.1new、delete关键字概念

CPP提供的new与delete相对于C语言中的malloc与free的提升主要集中在两个方面，一是用法更加简单，二是功能更加强大。

1.2特性

1.用法上，更加简单
- new关键字替代了malloc(sizeof())和检查那一大堆
2.功能上，更加强大
- ①开始：可以支持在开辟空间时候初始化
- ②创建过程：可以支持自定义类型的空间开辟，new自动调用构造函数，delete自动调用对应的析构函数(重点)
- ③结束：new失败了会抛异常，不用指针检查是否为空

1.3总结

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从上面看来，new和delete的语法引入大大方便了我们对堆空间的使用。那其底层是如何实现的呢？

2.new、delete的底层

2.1new的底层是operator new：

new —>operator new + n次构造函数(自定义类型) —>malloc
new[] —> operator new[] —> operator new + n次构造函数(自定义类型) —> malloc

我们以下面代码为例，看其汇编解析其底层：
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思考：为什么要定义operator new对malloc实现封装？
答：
①要实现new失败要抛异常
②要调用自定义类型的构造函数

思考：直接new空间，编译器是怎么确定要开多大空间的？C语言中我们需要给空间大小的。
答：通过sizeof编译时进行计算，sizeof是一种运算符，其在编译期间确定，而不是在运行时。

思考：为什么上面自定义类型开空间多开8个字节的空间？
答：主要是多开几个字节的空间来存储这块空间多大，方便下一步delete释放时候要释放多少空间。

注：下图蓝色区域是新开空间存储相关内容的空间区域，红色则是存储这块空间是多大的，方便delete的删除操作。
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2.2delete的底层是operator delete

delete —> 析构函数 + operator delete —> free
注意：有些delete[]会进一步调用operator delete

思考：operatr delete是先调用析构函数还是先调用free？
答：先调用析构函数

创建与销毁一定要对等使用，即:

开辟空间：new[] ，释放空间：delete[]
开辟空间：new，释放空间：delete

思考：为什么？

2.3总结

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3.内存泄漏

3.1概念

是指一块内存空间申请了不用却也不还给系统。

共分为两种情况：

1.堆内存泄露
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。
2.系统资源泄露
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。

4.快速生成链表模板

#include<iostream>
using namespace std;struct ListNode
{int _val;ListNode* _next;//构造函数初始化ListNode(int val = 0):_val(val), _next(nullptr){}
};ListNode* CreatList(int n)
{ListNode head(-1);//生成一个类对象ListNode* tail = &head;//尾指针int val;printf("请依次输入%d个节点的val值:>\n", n);for (int i = 0; i < n; i++){//cin >> val;val = i;tail->_next = new ListNode(val);tail = tail->_next;}return head._next;
}void test2()
{ListNode* head = CreatList(100);ListNode* pcur = head;for (int i = 0; i < 100; i++){cout << pcur->_val << "  ";pcur = pcur->_next;}
}