C++内存管理

C/C++ 内存分布

1. 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。
2. 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。
3. 堆用于程序运行时动态内存分配，堆是可以向上增长的。
4. 数据段–存储全局数据和静态数据。
5. 代码段–可执行的代码 / 只读常量。、

C语言中动态内存管理方式

malloc / calloc / realloc / free

C++内存管理方式

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，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。

new 和 delete 操作内置类型

void Test() {
 // 动态申请一个int类型的空间
 int* ptr1 = new int;
 
 // 动态申请一个int类型的空间并初始化为10
 int* ptr2 = new int(10);
 
 // 动态申请10个int类型的空间
 int* ptr3 = new int[10];
 
 delete ptr1;
 delete ptr2;
 delete[] ptr3;
}

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操作自定义类型

class Test {
	public:
	Test()
		: _data(0)
	{
		cout<<"Test():"<<this<<endl;
	}
	~Test() {
		cout<<"~Test():"<<this<<endl;
	}
 
private:
	int _data;
};
void Test1() {
	// 申请单个Test类型的空间
	Test* p1 = (Test*)malloc(sizeof(Test));
	free(p1);
	
	// 申请10个Test类型的空间
	Test* p2 = (Test*)malloc(sizoef(Test) * 10);
	free(p2);
}
void Test2() {
	// 申请单个Test类型的对象
	Test* p1 = new Test;
	delete p1;
	
	// 申请10个Test类型的对象
	Test* p2 = new Test[10];
	delete[] p2;
}

注意： 在申请自定义类型的空间时，new会调用构造函数，delete会调用析构函数，而malloc与free不会

operator new与operator delete函数

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

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，尝试执行申请失败的应对措施，如果应对措施用户设置了，则继续申请，否则抛异常
operator delete： 该函数最终是通过free来释放空间的

new和delete的实现原理

内置类型
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

自定义类型
new的原理： 调用operator new函数申请空间。在申请的空间上执行构造函数，完成对象的构造

delete的原理： 在空间上执行析构函数，完成对象中资源的清理工作。调用operator delete函数释放对象的空间

new[] delete[] 原理类似

定位new表达式(placement-new)

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

使用场景：
定位 new 表达式在实际中一般是配合内存池使用。因为内存池分配出的内存没有初始化，所以如果是自定义类型的对象，需要使用 new 的定义表达式进行显示调构造函数进行初始化

class Test {
public:
	Test()
	: _data(0)
	{
		cout<<"Test():"<<this<<endl;
	}
	~Test() {
		cout<<"~Test():"<<this<<endl;
	}

private:
	int _data;
};
void Test() {
	// pt现在指向的只不过是与Test对象相同大小的一段空间，还不能算是一个对象，因为构造函数没有执行
	Test* pt = (Test*)malloc(sizeof(Test));
	
	new(pt) Test; // 注意：如果Test类的构造函数有参数时，此处需要传参
}

malloc/free和new/delete的区别

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：

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
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
7. new/delete 比 malloc/free 的效率稍微低点，因为 new/delete 的底层封装了 malloc/free

请设计一个类，该类只能在堆上创建对象

将类的构造函数私有，拷贝构造声明成私有。防止别人调用拷贝在栈上生成对象。
提供一个静态的成员函数，在该静态成员函数中完成堆对象的创

class HeapOnly { 
	public: 
		static HeapOnly* CreateObject() { 
			return new HeapOnly; 
		}
	private: 
		HeapOnly() {}
	
		// C++98
		// 1.只声明,不实现。因为实现可能会很麻烦，而你本身不需要
		// 2.声明成私有
		HeapOnly(const HeapOnly&)；
		
		// or
		
		// C++11 
		HeapOnly(const HeapOnly&) = delete;
};

请设计一个类，该类只能在栈上创建对象

方法一：和上面类似

class StackOnly { 
	public: 
		static StackOnly CreateObject()  { 
		return StackOnly(); 
		}
	private:
		StackOnly() {}
};

方法二：只能在栈上创建对象，即不能在堆上创建，因此只要将 new 的功能屏蔽掉即可，即屏蔽掉operator new 和定位 new 表达式，注意：屏蔽了operator new，实际也将定位new屏蔽掉

class StackOnly { 
	public: 
		StackOnly() {}
	private: 
		void* operator new(size_t size);
		void operator delete(void* p);
};

内存泄漏

是什么？？
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

分类
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

如何避免内存泄漏
良好的设计规范，养成良好的编码规范
采用 RAII 思想或者智能指针来管理资源