【C++】C/C++内存管理

1. C/C++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. 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？____
   全局变量在C静态区
   static GlobalVar在哪里？____
   static修饰的变量在C静态区
   static Var在哪里？____
   static修饰的变量在C静态区
   localVar在哪里？____
   局部变量存在A栈区
   num1 在哪里？____
   是指向首元素的地址的指针存在A栈区
   char2在哪里？____
   char2是指向首元素的地址的指针存在A栈区
   *char2在哪里？___
   *char2为’a’ char2在栈上所以 *char2在A栈上
   pChar3在哪里？____
   栈上的指针变量存的地址指向常量区的地址所以pchar3存在A栈区
   *pChar3在哪里？____
   D常量区
   ptr1在哪里？____
   栈上的指针变量存的地址指向堆上的一块空间所以ptr1存在A栈区
   *ptr1在哪里？____
   malloc在堆上申请一块空间B堆
2. 填空题：
   sizeof(num1) = ____;
   int占4字节num1[10]所以为40
   sizeof(char2) = ____;
   char数组后面有’/0’ sizeof会计算’/0’ 答案为 5
   strlen(char2) = ____;
   strlen不会计算’/0’ 答案为4
   sizeof(pChar3) = ____;
   指针大小固定4/8字节 答案为4/8
   strlen(pChar3) = ____;
   strlen不会计算’/0’ 答案为4
   sizeof(ptr1) = ____;
   指针大小固定4/8字节 答案为4/8
3. sizeof 和 strlen 区别？

sizeof 是一个编译时的运算符，用于计算数据类型或变量占用的字节数。它返回一个整数值，表示指定类型或变量的大小。

strlen 函数用于计算一个以空字符 '\0'结尾的字符串的长度。它是一个运行时的函数，会遍历字符串中的每个字符并计算字符的数量，直到遇到空字符为止。

2. C语言中动态内存管理方式

C语言中动态内存管理方式有这几种方式 ：

malloc
calloc
realloc
free

malloc/calloc/realloc的区别

malloc函数

**malloc函数用于分配指定大小的内存块，但不会初始化内存块的内容。它接受一个参数，即要分配的内存块的大小（以字节为单位），并返回指向分配内存块起始地址的指针。如果分配成功，则返回的指针非NULL；如果分配失败，则返回NULL。

calloc函数

calloc函数用于分配指定数量和大小的连续内存块，并将内存块的内容初始化为零。它接受两个参数，即要分配的内存块的数量和每个内存块的大小（以字节为单位），并返回指向分配内存块起始地址的指针。如果分配成功，则返回的指针非NULL；如果分配失败，则返回NULL。

realloc函数

realloc函数用于重新调整之前分配的内存块的大小。它接受两个参数，即已分配内存块的指针和要重新调整的内存块的大小（以字节为单位）。如果内存块的大小变小，则该函数可能会修改现有内存块的大小，但不会更改其内容；如果内存块的大小变大，则该函数会分配一个新的内存块，并将旧内存块的内容复制到新内存块中。它返回指向重新调整内存块起始地址的指针。如果分配成功，则返回的指针非NULL；如果分配失败，则返回NULL。如果要重新调整的内存块的指针为NULL，则realloc函数的行为类似于malloc函数。

3. C++中动态内存管理

C++中使用new和delete操作符进行动态内存管理

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，则需要使用new[]和delete[]

4. 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 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。

5. 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

1. 调用operator new函数申请空间
2. 在申请的空间上执行构造函数，完成对象的构造

delete的原理

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

new T[N]的原理

1. 调用operator new[]函数，在operator new[]中实际调用operator new函数完成N个对象空间的申请
2. 在申请的空间上执行N次构造函数
   delete[]的原理
3. 在释放的对象空间上执行N次析构函数，完成N个对象中资源的清理
4. 调用operator delete[]释放空间，实际在operator delete[]中调用operator delete来释放空间

6. 定位new表达式

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

7. 常见面试题

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

内存泄漏问题

什么是内存泄漏，内存泄漏的危害

什么是内存泄漏：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。
内存泄漏的危害：长期运行的程序出现内存泄漏，影响很大，如操作系统、后台服务等等，出现内存泄漏会导致响应越来越慢，最终卡死。

如何避免内存泄漏

1. 工程前期良好的设计规范，养成良好的编码规范，申请的内存空间记着匹配的去释放。
2. 采用RAII（Resource Acquisition Is Initialization）思想（将资源的获取和初始化与释放和销毁绑定在一起）或者智能指针来管理资源。
3. 使用内存泄漏工具检测。
   总结：
   内存泄漏非常常见，解决方案分为两种：1、事前预防型。如智能指针等。2、事后查错型。如泄漏检测工具。