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???【C++】进阶：类相关特性的深入探讨
【C++】类的默认成员函数：深入剖析与应用（下）
目录
?前言
?C/C++内存分布
?C 语言中动态内存管理方式
（一）malloc函数
（二）calloc函数
（三）realloc函数
（四）free函数
?C++ 中动态内存管理
（一）new操作符
（二）delete操作符
（三） new/delete操作内置类型
（四）new和delete操作自定义类型
?operator new与operator delete函数（重要点进行讲解）
（一）operator new函数
（二）operator delete函数
?new和delete的实现原理
（一）new的实现原理
（二）delete的实现原理
?定位new表达式 (placement - new)
（一）使用方法
（二）注意事项
?总结
?前言
在编程的广阔天地中，内存管理犹如一座坚实的基石，支撑着程序的稳定运行。无论是 C 语言还是 C++ 语言，动态内存管理都是一项关键技能，它赋予程序员在运行时灵活分配和释放内存的能力。
?本文将深入探讨 C 语言中的动态内存管理方式、C++ 中的动态内存管理方式，以及 C++ 中特有的operator new与operator delete函数、new和delete的实现原理以及定位new表达式（placement - new）。
?C/C++内存分布
?每日思考：
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？C（数据段(静态区)）staticGlobalVar 在哪里？C（数据段(静态区)）staticVar 在哪里？C（数据段(静态区)）localVar 在哪里？A（栈）num1 在哪里？A（栈）char2 在哪里？A（栈）*char2 在哪里？在 char2 数组所分配的栈空间中pChar3 在哪里？A（栈）*pChar3 在哪里？常量区（"abcd"存储在常量区，pChar3 指向这里）ptr1 在哪里？A（栈）*ptr1 在哪里？B（堆）（ptr1 指向通过 malloc 分配在堆上的空间）2. 填空题：sizeof(num1) = 40（假设 int 占 4 个字节，10 个 int 元素）sizeof(char2) = 5（4 个字符加上结束符'\0'）strlen(char2) = 4（不包括结束符的字符长度）sizeof(pChar3) = 8（或其他指针大小，取决于平台）strlen(pChar3) = 4sizeof(ptr1) = 8（或其他指针大小，取决于平台）3. sizeof 和 strlen 区别？sizeof 是运算符，在编译时确定其操作数的大小，可用于各种类型，包括数组时返回整个数组占用字节数，对于指针返回指针本身大小。strlen 是函数，在运行时计算以空字符结尾的字符串长度，通过遍历字符串直到遇到空字符'\0'来确定长度，只能用于以空字符结尾的字符串。
?【说明】
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。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。（Linux课程如果没学到这块，现在只需要了解一下）堆用于程序运行时动态内存分配，堆是可以上增长的。数据段--存储全局数据和静态数据。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
C 语言主要通过malloc、calloc、realloc和free函数来进行动态内存管理。
（一）malloc函数
void *malloc(size_t size)用于分配指定大小的内存空间。返回值为指向分配内存的指针，如果分配失败则返回NULL。
int *ptr = (int *)malloc(sizeof(int));if (ptr == NULL) { printf("内存分配失败！\n"); return;}*ptr = 10;printf("分配的整数为：%d\n", *ptr);free(ptr);（二）calloc函数
void *calloc(size_t num, size_t size)用于分配num个大小为size的内存空间，并将其初始化为 0。
int *arr = (int *)calloc(5, sizeof(int));if (arr == NULL) { printf("内存分配失败！\n"); return;}for (int i = 0; i < 5; i++) { printf("数组元素 %d：%d\n", i, arr[i]);}free(arr);（三）realloc函数
void *realloc(void *ptr, size_t size)用于调整已分配内存空间的大小。如果ptr为NULL，则相当于malloc(size)；如果调整成功，返回指向新分配内存的指针，否则返回NULL。
int *old_arr = (int *)calloc(3, sizeof(int));int *new_arr = (int *)realloc(old_arr, 5 * sizeof(int));if (new_arr == NULL) { printf("内存调整失败！\n"); return;}for (int i = 0; i < 5; i++) { new_arr[i] = i; printf("新数组元素 %d：%d\n", i, new_arr[i]);}free(new_arr);
（四）free函数
void free(void *ptr)用于释放由malloc、calloc或realloc分配的内存空间。
?C++ 中动态内存管理
C++ 中除了可以使用 C 语言的动态内存管理函数外，还提供了new和delete操作符来进行动态内存管理。
（一）new操作符
用于动态分配内存并调用构造函数初始化对象。
class MyClass {public: MyClass(int value) : data(value) {} int getData() const { return data; }private: int data;};MyClass *obj = new MyClass(42);std::cout << "对象的数据：" << obj->getData() << std::endl;delete obj;对于数组的动态分配：
int *arr = new int[5];for (int i = 0; i < 5; i++) { arr[i] = i * 2;}for (int i = 0; i < 5; i++) { std::cout << "数组元素 " << i << "：" << arr[i] << std::endl;}delete[] arr;（二）delete操作符
用于释放由new分配的内存空间，并调用析构函数。如果是单个对象，使用delete；如果是数组，使用delete[]。
（三） new/delete操作内置类型
void Test() { // 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[10]; 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[]，注意：匹配起来使用。
（四）new和delete操作自定义类型
#include <iostream>class A {public: A(int a = 0) : _a(a) { std::cout << "A():" << this << std::endl; } ~A() { std::cout << "~A():" << this << std::endl; }private: int _a;};int main() { /* new/delete 和 malloc/free 最大区别是 new/delete 对于【自定义类型】除了开空间还会调用构造函数和析构函数*/ 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)); 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;}?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（重要点进行讲解）
在 C++ 中，可以自定义operator new和operator delete函数来实现自定义的内存分配和释放策略。
（一）operator new函数
原型为void* operator new(size_t size)，用于分配指定大小的内存空间。可以重载这个函数以满足特定的内存分配需求。
class CustomAllocator {public: void* operator new(size_t size) { void* ptr = malloc(size); if (ptr == NULL) { throw std::bad_alloc(); } return ptr; } void operator delete(void* ptr) { free(ptr); }};CustomAllocator *obj = new CustomAllocator();delete obj;
（二）operator delete函数
原型为void operator delete(void* ptr)，用于释放由operator new分配的内存空间。同样可以重载这个函数来实现特定的内存释放策略。
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;}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;}#define free(p) _free_dbg(p, _NORMAL_BLOCK)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
（一）new的实现原理
首先调用operator new函数分配足够的内存空间。然后检查是否分配成功，如果失败则抛出std::bad_alloc异常。如果分配成功，对于单个对象，调用构造函数初始化对象；对于数组，调用每个元素的默认构造函数初始化数组元素。
（二）delete的实现原理
对于单个对象，首先调用对象的析构函数。然后调用operator delete函数释放内存空间。对于数组，先调用每个元素的析构函数，然后释放内存空间。
?定位new表达式 (placement - new)
定位new表达式允许在已分配的内存空间上构造对象，而无需重新分配内存。
（一）使用方法
首先使用malloc或其他方式分配一块内存空间。
void *buffer = malloc(sizeof(MyClass));MyClass *obj = new (buffer) MyClass(33);std::cout << "定位 new 对象的数据：" << obj->getData() << std::endl;obj->~MyClass();free(buffer);（二）注意事项
当使用定位new表达式构造对象后，必须显式调用对象的析构函数来销毁对象，而不能直接使用delete，因为内存不是通过operator new分配的。定位new表达式通常用于特定的场景，如内存池管理、对象的序列化和反序列化等。
?总结
C 语言和 C++ 语言的动态内存管理方式各有特点。?C 语言的malloc、calloc、realloc和free函数提供了基本的内存操作手段。?而 C++ 在其基础上，通过new和delete操作符以及可自定义的operator new和operator delete函数，进一步增强了内存管理的灵活性和可控性。定位new表达式则为特定场景下的内存管理提供了独特的解决方案。
?掌握这些动态内存管理技术，有助于程序员编写出更加高效、稳定的程序。?
以后我将深入研究继承、多态、模板等特性，并将默认成员函数与这些特性结合，以解决更复杂编程问题！欢迎关注我?【A Charmer】
