C/C++内存管理

1. C/C++的内存分布

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);
}

1.1 分辨

四个选项：栈、堆、静态区/全局区（数据段）、常量区（代码段）。

globalVar在哪里？ 静态区
staticGlobalVar在哪里？静态区
staticVar在哪里？静态区
localVar在哪里？栈
num1 在哪里？栈

char2在哪里？栈
*char2在哪里？ 栈
pChar3在哪里？ 栈
*pChar3在哪里？常量区
ptr1在哪里？栈
*ptr1在哪里？堆

1. 内核空间：用户代码不能读写；
2. 栈区：又叫堆栈，栈是向下增长的（从高地址到低址值向下使用）；
3. 内存映射段：文件映射、动态库、匿名映射；
4. 堆区：程序运行时动态内存分配，可以向上增长。
5. 数据段：存储全局变量和静态变量；
6. 代码段：存储可执行代码和常量。

1.2 sizeof与strlen区别

sizeof(num1) 40
sizeof(char2) 5
strlen(char2) 4
sizeof(pChar3) 4或8
strlen(pChar3) 4
sizeof(ptr1) 4或8

sizeof计算内存存储大小；strlen计算字符串长度，不包含\0。

2. C的内存管理

申请内存：malloc、calloc、realloc；
释放内存：free

面试题：

1. malloc、calloc、realloc区别是什么？
   malloc仅仅是申请一块内存；
   calloc底层调用malloc申请一块内存，但还会额外对变量进行默认初始化；
   realloc在原申请的内存基础上进行内存扩容，如果后面的内存空间够，则原地扩容；
   后面的内存空间不够，则异地扩容，返回新的内存地址。

2. malloc实现原理
   这个太难了，先不研究。

3. C++的内存管理

C++可以继续使用C的malloc、calloc、realloc和free，C的内存管理使用起来很麻烦，C++有自己的内存管理方式，使用起来很方便。

3.1 new与delete、delete[]

1. new和delete都是操作符，new申请内存，delete/delete[]释放内存。

int* pa = new int;
int* pb = new int(12); // 动态申请内存并初始化
int* pArr = new int[10]; // 动态申请40个字节内存空间
delete pa;
delete pa;
delete[] pArr;

2. 申请/释放单个不连续的内存使用new和delete，申请/释放多个连续的内存使用new[]和delete[]。
3. new[]和delete[]底层多次调用new和delete完成申请或释放内存。

3.2 operator new与operator delete

1. operator new和operator delete是C++提供的全局函数；
2. new和delete是操作符，new和delete调用它们俩完成申请和释放内存；
3. operator new实际是通过malloc来申请内存，operator delete最终也是通过free来释放内存。

4. malloc/free与new/delete区别

1. new/delete对于自定义类型申请空间，会调用构造函数（new之后）和析构函数（delete之前），而malloc/free做不到。
2. 对于内置类型，两者除了使用上有差别，效果一样。
3. malloc/free是函数，new/delete是操作符。
4. new申请内存失败会抛异常，malloc申请失败返回NULL。
5. malloc申请的内存空间不会默认初始化，new会。
6. malloc申请内存需要计算并传递内存大小，new不需要。
7. malloc返回值是void*，接收时需要强转成需要的类型，new的返回值不需要强转。

5. 内存泄露

内存泄露：程序未能释放不再使用的内存。

不是指物理上的消失，而是因为这块内存不再使用，程序失去对这块内存的控制，造成内存浪费。对于长期运行的程序而言，如服务器、操作系统，内存泄漏造成的影响很大，最终程序响应越来越慢，导致机器卡死，所以及时释放不需要再使用的内存至关重要。

需要注意的是避免内存泄露的同时，也要避免使用野指针。

5.1 分类

1. 堆内存泄露（Heap Leak）：malloc/calloc/realloc/new申请的内存没有被free/delete。
2. 系统资源泄露：程序使用系统分配的资源，如套接字、文件描述符、管道等，之后没有使用对应的函数释放资源。

5.2 避免内存泄露

1. 检测内存泄漏：VS环境下使用Windows提供的_CrtDumpMemoryLeaks()函数，会提示泄露多少字节，但没有准确的位置信息。
2. 内存泄露检测工具：很多工具都不靠谱。Linux下几款C++程序中的内存泄露检查工具 ----- 内存泄露检测工具比较
3. 事前预防：最理想的情况，有良好的编码习惯，使用智能指针等。