这一章会详细的介绍C/C++的内存管理机制，从最底层了解C/C++。
一、C/C++的内存分布（重点）
通过上图可以看出，在C/C++中用户可以操作的内存区域分为五块：栈、内存映射段、堆、数据段、代码段。下面我们详细介绍每一段的作用：
C/C++程序内存分布图和示例 1、栈
栈，又名堆栈，是一段向下增长的内存区域，大小通常不大，一般在几 MB 到几十 MB 之间。
函数调用建立函数栈帧；非静态局部变量 / 函数参数 / 返回值的存储；指针变量的存储（指针变量本身存在栈上，其指向的数据不一定在栈上，比如如果其指向的对象是开辟了一段新的内存空间，这个对象就在堆上），都是在栈上。
2、内存映射段
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内存，做进程间通信。（这个主要在Linux系统编程中用到，我们不在C / C++专栏多做赘述）
3、堆
是一段向上增长的内存区域，大小通常较大，可以达到几百 MB 到几 GB，甚至更大。
堆主要用于在程序运行时分配动态内存。
4、数据段（静态区）
主要用于存储全局数据和静态数据。
5、代码段（常量区）
主要用于储存可执行代码和只读常量。
二、C语言的动态内存管理方式：malloc / calloc / realloc / free
1、malloc
void* malloc(size_t size);malloc 函数向内存申请一块连续可用的空间（空间中的值都是随机值），并返回指向这块空间的指针。
如果开辟成功，则返回一个指向开辟好空间的指针。
如果开辟失败，则返回一个NULL指针，因此malloc的返回值一定要做检查且不可过大。
返回值的类型是 void* ，所以malloc函数并不知道开辟空间的类型，具体在使用的时候使用者自己来决定（即强转）。
如果参数 size 为0，malloc的行为是标准是未定义的，取决于编译器。
// 使用举例，开辟可以存放10个整型的空间 int *p = (int*) malloc(sizeof(int) * 10);2、calloc
void* calloc(size_t num, size_t size);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。
// 使用举例，可以存放10个整型的空间 int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));3、realloc
realloc函数的作用是更加灵活地管理动态内存。
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，为了合理的使用内存，我们需要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。
void* realloc(void* ptr, size_t size);ptr 是要调整的内存地址
size 为调整之后新大小
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。
如果内存是变小，会丢弃部分数据；如果变大，且现有内存区域后面也有足够的未使用内存，可能会原地扩容减小消耗；如果没有，则异地扩容，把数据拷贝过去并自动释放原有内存空间。
4、free
void* free(void* ptr)free函数用来释放动态开辟的内存。
如果参数 ptr 指向的空间不是动态开辟的，那free函数的行为是未定义的。
如果参数 ptr 是NULL指针，则函数什么事都不做
5、malloc / calloc / realloc 三者的区别是什么？
malloc 开辟的空间不会初始化，都是随机值。
calloc 会把开辟的空间全部初始化成0。
realloc则是灵活管理动态内存大小，小了会丢弃，大了视情况选择原地扩容（现有内存区域后面也有足够的未使用内存） / 异地扩容（把数据拷贝过去并自动释放原有内存空间）。
三、C++的动态内存管理方式：new / delete（重点）
new 和 delete是C++自己的内存管理方式，相较于C语言的 malloc / free 更加简易
1、new / delete 定义内置类型 / 自定义类型
直接代码说明：
#include <iostream> #include <cstdlib> // 包含 malloc 和 free 的头文件 using namespace std;class A { public:A(int a = 0) : _a(a){cout << "A():" << this << endl;}~A(){cout << "~A():" << this << endl;} private:int _a; };int main() {// new / delete 和 malloc / free 在为内置类型开辟空间时区别不大int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int));if (p1 == nullptr) {cout << "malloc 分配失败" << endl;}else {cout << "malloc 分配的内存地址: " << p1 << endl;*p1 = 10; // 初始化分配的内存cout << "p1 的值: " << *p1 << endl;free(p1);cout << "内存已由 free 释放" << endl;}int* p2 = new int;if (p2 == nullptr) {cout << "new 分配失败" << endl;}else {cout << "new 分配的内存地址: " << p2 << endl;*p2 = 20; // 初始化分配的内存cout << "p2 的值: " << *p2 << endl;delete p2;cout << "内存已由 delete 释放" << endl;}cout << endl;// new / delete 和 malloc / free的最大区别其实是在为自定义类型开辟空间的时候，new / delete会调用构造 / 析构函数，malloc / free则不会A* p3 = new A(1);delete p3;A* p4 = (A*)malloc(sizeof(A));free(p4);return 0; }
根据运行结果我们可以发现，new / delete 和 malloc / free 在为内置类型开辟空间时区别不大；new / delete 和 malloc / free的最大区别其实是在为自定义类型开辟空间的时候，new / delete会调用构造 / 析构函数，malloc / free则不会。
2、new / delete 的底层实现原理
new / delete 的底层实现原理其实是 operator new + 构造函数 / operator delete + 析构函数
2.1 operator new / operator delete
operator new 和 operator delete 并不是 new 和 delete 的函数重载，而是系统提供的全局函数。
new在底层通过调用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。（PS：二者的底层实际也都是通过 malloc 和 free 来申请和释放的）
/*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，尝试执行空间不足应对措施，如果该应对措施用户设置了，则继续申请，否则抛异常。 */ void *__CRTDECL operator new(size_t size) _THROW1(_STD bad_alloc) {// 尝试分配 size 字节的内存void *p;while ((p = malloc(size)) == 0)if (_callnewh(size) == 0){// 报告没有内存// 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); }/*operator delete: 该函数最终是通过 free 来释放空间的 */ void operator delete(void *pUserData) {_CrtMemBlockHeader * pHead;RTCCALLBACK(_RTC_Free_hook, (pUserData, 0));if (pUserData == NULL)return;_mlock(_HEAP_LOCK); // 阻塞其他线程__TRY// 获取内存块头指针pHead = pHdr(pUserData);// 验证块类型_ASSERTE(_BLOCK_TYPE_IS_VALID(pHead->nBlockUse));_free_dbg(pUserData, pHead->nBlockUse);__FINALLY_munlock(_HEAP_LOCK); // 释放其他线程__END_TRY_FINALLYreturn; }/*free 的实现 */ #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。
2.2 实现原理总结
2.2.1 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则会返回NULL。
2.2.2 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
1、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。
2、调用operator delete[]释放空间，实际在operator delete[]中调用operator delete来释
放空间。
四、malloc / free 和 new / delete 的区别（重点）
用法方面：
1、malloc / free 是函数；new / delete 是操作符。
2、malloc 不会为开辟的空间初始化值；new 可以初始化。
3、malloc 的返回值的 void* ，开辟空间必须强转为对应类型；new 不需要强转，后面跟的 就是类型。
4、malloc 申请空间的时候，需要手动计算空间并传递；new 只需要传递类型，new[]也只需 要在 [] 里面填入指定对象的个数即可。
5、new 在开辟失败后，会返回NULL，所以使用malloc必须判空；new不会返回NULL，不 会判空，但会抛异常，因此使用new必须捕获异常。
底层原理方面：
在申请自定义对象类型时，malloc / free只会开辟 / 释放空间；而 new / delete会在开辟 / 释放空间的同时，调用构造 / 析构函数完成对象的初始化 / 资源的清理。
五、内存泄漏问题
1、内存泄漏的分类
C/C++程序中一般我们关心两种方面的内存泄漏：
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，严重可导致系统效能减少，系统执行不稳定。
2、如何检测内存泄漏（仅供了解）
在VS下，可以使用windows操作系统提供的_CrtDumpMemoryLeaks() 函数进行简单检测，但是该函数只报出了大概泄漏了多少个字节，没有其他更准确的位置信息。
int main() {int* p = new int[10];// 将该函数放在main函数之后，每次程序退出的时候就会检测是否存在内存泄漏_CrtDumpMemoryLeaks();return 0; }// 程序退出后，在输出窗口中可以检测到泄漏了多少字节，但是没有具体的位置 Detected memory leaks! Dumping objects -> {79} normal block at 0x00EC5FB8, 40 bytes long. Data: < > CD CD CD CD CD CD CD CD CD CD CD CD CD CD CD CD Object dump complete.因此写代码时一定要小心，尤其是动态内存操作时，一定要记着释放。但有些情况下总是防不胜防，简单的可以采用上述方式快速定位；但如果工程比较大，内存泄漏位置比较多，不太好查时，一般都是借助第三方内存泄漏检测工具处理的。
Linux 下内存泄漏检测：Linux 下的几款内存检测工具
在windows下使用第三方工具：VLD 工具
其他工具：内存泄漏工具比较
3、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。（PS：即便是理想状态。如果碰上异常时，就算注意释放了，还是可能会出问题。需要下一 条智能指针来管理才有保证。）
2. 采用RAII思想或者智能指针来管理资源。
3. 有些公司内部规范可能会使用内部实现的私有内存管理库。这套库自带内存泄漏检测的功 能选项。
4. 出问题了使用内存泄漏工具检测。（PS：不过很多工具都不够靠谱，或者收费昂贵。）
