动态内存管理

一.C语言中内存管理：

我们学过的掌握申请内存，有申请数组的连续空间和内置类型的空间，但这两个都有局限性，不能申请动态内存管理，所以我们还要继续学习如何申请动态内存管理。

（一）.malloc函数：

C语言中提供了一个函数malloc可以动态申请连续空间。

这个函数可以申请一块连续的空间，并且返回类型是指针。如果开辟成功则返回申请成功的地址指针，若开辟失败则返回NULL，所以我们在malloc申请完空间后一定要进行检测是否申请成功，如果size为0，则未定义取决于编译器。

C语言还提供了free函数，用来释放空间，以防内存泄漏。 

如果ptr不是动态空间，则此时free'行为是未定义的；若ptr是NULL，不用进行。

int main() { int*p=((int*)malloc(sizeof(int)*10)); if(p=NULL) { perror("malloc"); return 1; } //此时p的动态空间已经申请成功，用free函数释放空间 //但是要用p置为NULL，因为 这里free函数相当于传值，形参是实参的拷贝 free(p); p=NULL; return 0;

（二）.calloc函数：

C语言中还提供了一种calloc函数，和malloc函数功能基本相似都是申请动态空间，但是不同的是calloc函数在申请动态空间成功后，会对其进行初始化为0. 

其中num表示有num个大小为size的申请空间。

函数的功能是为 num 个大小为 size 的元素开辟一块空间，并且把空间的每个字节初始化为0。 与函数 malloc 的区别只在于 calloc 会在返回地址之前把申请的空间的每个字节初始化为全0。  

int main() { int*b=(int*)calloc(10,sizeof(int); if(P!=NULL) { } int i=0; for(int i=0;i<10;i++) { *(p+i)=i; } for(int i=0;i<10;i++） { printf("%d",*(p+i)); } free(p); p=NULL; 

(三）.realloc函数：

realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活。 有时会我们发现过去申请的空间太小了，有时候我们又会觉得申请的空间过大了，那为了合理的时 候内存，我们一定会对内存的大小做灵活的调整。那 realloc 函数就可以做到对动态开辟内存大小的调整。   

其中ptr 是要调整的内存地址 size 调整之后新大小 返回值为调整之后的内存起始位置。 这个函数调整原内存空间大小的基础上，还会将原来内存中的数据移动到 新 的空间。

注意：realloc在调整空间时候一般会遇到两种情况：（1）.原有空间后面有足够大的空间，此时我们可以直接在原有空间的后面继续进行申请。（2）.原有空间后面不足，此时我们需要扩展，在堆上重新找一个大小合适的空间进行申请，并且将旧的复制到新的空间中，释放掉旧的，这样函数就会返回一个新的地址。 

 （四）.常见的动态内存错误：

（1）.对NULL解引用错误使用

（2）.对动态开辟空间的越界访问

（3）.用free函数释放同一块空间

（4）.用free函数释放动态空间的一部分，这是错误的，在释放的时候我们必须从空间的最开始进行释放。

（5）.动态空间忘记释放，造成内存泄漏。

二.C++语言中内存管理：

（一）.new/delete操作内置类型

在进行内存管理的讲解之前先看一下下面的题；

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); }

1. 选择题：   选项: A.栈  B.堆  C.数据段(静态区)  D.代码段(常量区)   globalVar在哪里？____   staticGlobalVar在哪里？____   staticVar在哪里？____   localVar在哪里？____   num1 在哪里？____     char2在哪里？____   *char2在哪里？___   pChar3在哪里？____      *pChar3在哪里？____   ptr1在哪里？____        *ptr1在哪里？____

1.动态申请一个内置类型的空间：

//动态申请一个int类型的空间 int*a=new int; //动态申请一个int类型的空间并且初始化 int *b=new int(3);//初始化为3 //动态申请多个int类型的空间 int *c=new int[10]; //动态申请多个int类型的空间并且 初始化 int *d=new int[10]{0,1,2,3,4}//前五个值初始化为给定的值，剩余五个值默认为0 

//动态清理空间 delete a; delede []c;//注意：多个值的时候要在delete后面加[]，内置定义类型可以不加，但是自定义类型必须加 

注意：申请和释放单个元素的空间时候，用new和delete，若是申请和释放多个元素的空间时候，用new[]和delete[]结合使用。

2.动态申请自定义类型的 空间；

class A { public:  A(int a=0)  {   :_a(a);   {  cout<<"A():"<<this<<endl;   }  } ~A(int a=0) {   cout<<"~A():"<<this<<endl; } private: {  int _a; } int main() { A*p1=(A*)malloc(sizeof(A)); free(p1); A*p2=new A(1); delete P2;

若使用malloc给自定义对象申请空间 ，则只会开辟空间，但是用new申请空间，则会调用构造函数先初始化，然后申请空间，同理若使用delete，则先调用析构函数，然后释放掉空间。

类中有多个对象可以调用多次构造函数，然后每个函数调用一次析构函数。

int*p3=(int*)malloc(sizeof(int)); free(p3); int *p4=new int(5); delete p4;

但是如果是处理内置类型，使用malloc和new，free和delete效果一样。 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。

3.operator new和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全局函数释放空间。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。   

4.new和delete的实现原理：

（1）.内置类型;如果申请的是内置类型，则malloc、free、new和delete基本效果一样，new/delete申请或者销毁的是单个元素的空间，new[]和delete[]申请或者销毁的是多个元素的空间，如果申请失败，malloc则会返回NULL，new抛出异常。

（2）.自定义类型：

new的原理：先用operator new函数申请空间然后调用构造函数在申请的空间上进行初始化。

delete的原理：先调用析构函数完成对象中的资源清理，再使用operator delete函数释放对象的空间。

new Q[N]：先用operator new[] 函数对N个对象申请空间，再调用构造函数在申请的空间上对N个值进行初始化。

delete Q[N]:先调用析构函数完成N个对象中的资源清理，再使用operator  delete函数释放N个对象的空间。

5.定位new表达式：

概念：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  。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 A { public:    A()  {   :_a(a);    {      cout<<"A():"<<this<<endl;    }    }    ~A()  {     cout<<"~A():"<<this<<endl;   } } int main() {  A*p1=(A*)malloc(sizeof(A)); //使用new调用构造函数初始化 new(p1)A; //调用构造函数清理对象中的资源 p1->~A(); free(p1); A*p2=(A*)malloc(sizeof(A)); new(p2)A; p2->~A(); //使用operator delete释放空间 operator delete(p2); return 0; } 

定位new的表达式：new（对象）类型。 

6. malloc和new的区别:

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， 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 .