C/C++内存的分布

1. 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。
2. 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课程学习，现在只需要了解一下）
3. 堆用于程序运行时动态内存分配，堆是可以上增长的。
4. 数据段--存储全局数据和静态数据。
5. 代码段--可执行的代码/只读常量

*char[]指向的是栈，开了个空间拷贝abcd\0，指向其中首元素a，还位于栈。

*pChar是指针指向代码段中首元素a，位于代码段。

同样的，*ptr也位于（指向）堆上

C语言中动态内存管理方式：malloc/calloc/realloc/free

malloc：全称是 "memory allocation"，即内存分配。它的作用是从堆内存中分配指定字节数的内存空间，返回一个指向该内存空间起始地址的指针（类型为 void* ）。但分配的内存空间中的值是未初始化的，也就是其中存储的是垃圾值。

calloc：全称是 "contiguous allocation"，即连续分配。它用于在堆内存中分配指定数量且指定大小的连续内存空间，并将分配的内存空间全部初始化为 0。比如要创建一个包含 10 个 int 类型元素的数组，calloc 会分配能容纳这 10 个 int 的内存，并把每个字节都设置为 0。

realloc：全称是 "re-allocation"，即重新分配。用于修改一个原先已经分配好的内存块的大小。可以扩大或缩小之前由 malloc、calloc 或 realloc 分配的内存空间。如果扩大内存，新增加的内存部分不会被初始化；如果缩小内存，超出新大小的部分内存中的数据会被丢弃。

free ：用于释放之前通过 malloc、calloc、realloc 分配的动态内存。当动态内存不再使用时，需要调用 free 函数将其归还给系统，以便后续重新分配使用，避免内存泄漏。

C++内存管理方式

C语言内存管理方式在C++中可以继续使用，但有些地方就无能为力，而且使用起来比较麻烦，因
此C++又提出了自己的内存管理方式：通过new和delete操作符进行动态内存管理

new/delete操作内置类型

void Test()
{
// 动态申请一个int类型的空间
int* p1 = new int;

// 动态申请一个int类型的空间并初始化为10
int* p2 = new int(10);

// 动态申请10个int类型的空间
int* p3 = new int[3];

//释放空间
delete p1;
delete p2;
delete[] p3;
}

 new和delete操作自定义类型

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)); // C
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;
}

new的使用

        申请空间和构造函数初始化，自动调用构造和析构

#include <iostream>
using namespace std;

class A {
public:
    A(int a = 0) {
        cout << "A(int a)" << endl;
    }
    A(const A& aa) {
        cout << "A(const A& aa)" << endl;
    }
    ~A() {
        cout << "~A()" << endl;
    }
};

struct ListNode {
    int val;
    ListNode* next;
    ListNode(int x) : val(x), next(nullptr) {}
};

int main() {
    A* p1 = new A;
    A* p2 = new A(1);

    delete p1;
    delete p2;

    ListNode* n1 = new ListNode(1);
    ListNode* n2 = new ListNode(1);
    ListNode* n3 = new ListNode(1);
    ListNode* n4 = new ListNode(1);
    n1->next = n2;
    n2->next = n3;
    n3->next = n4;

    // 注意：这里需要手动释放链表节点的内存，否则会内存泄漏
    ListNode* cur = n1;
    while (cur) {
        ListNode* temp = cur;
        cur = cur->next;
        delete temp;
    }

    return 0;
}

        可以支持多个数组构造，但前提是构造函数要有默认构造

#include <iostream>
using namespace std;

class A {
private:
    int _a1;
    int _a2;
public:
    A(int a1 = 0, int a2 = 0)
        : _a1(a1)
        , _a2(a2)
    {
        cout << "A(int a1 = 0, int a2 = 0)" << endl;
    }

    A(const A& aa)
        : _a1(aa._a1)
    {
        cout << "A(const A& aa)" << endl;
    }

    ~A() {
        cout << "~A()" << endl;
    }
};

int main() {
    A* p1 = new A;  //非默认构造不能用
    A* p2 = new A(2, 2);
    A* p3 = new A[3];//非默认构造需使用匿名对象：A* p3 = new A[3]{A(1,1),A(2,2),A(3,3)};。使用编译器优化节省拷贝。或使用隐式类型转换： A* p3 = new A[3]{{1,1},{2,2},{3,3}};

    // 释放堆内存（避免内存泄漏）
    // if (p1) delete p1;
    if (p2) delete p2;
    if (p3) delete[] p3;

    return 0;
}

malloc与new关系

        malloc在C++用法大多被new delete替代，现在很少用。

        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
空间中资源的清理释放

        因为malloc失败了是返回空，但new失败了是抛出异常，一般都用try{}catch (const exception& e){}来捕获异常，防止代码中断

int main()
{
    try
    {
        void* p1 = new char[1024 * 1024 * 1024];
        cout << p1 << endl;

        void* p2 = new char[1024 * 1024 * 1024];
        cout << p2 << endl;

        void* p3 = new char[1024 * 1024 * 1024];
        cout << p3 << endl;

        // 释放内存（若成功分配，避免泄漏）
        delete[] (char*)p1;
        delete[] (char*)p2;
        delete[] (char*)p3;
    }
    catch (const exception& e)
    {
        cout << e.what() << endl;//捕获异常
    }

    return 0;
}

 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。

        其实就是对malloc套一层壳，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。

但是new必须用delete，malloc用free，数组一定用数组释放，虽然内置类型的new也可以用free释放（因为核心是调用malloc和free不涉及构造析构）这样的错用也能跑起来的清空，但是语法上不推荐这样使用。简单来说，一定要匹配使用，禁止混用

#include <iostream>
using namespace std;

class A {
public:
    A() {
        cout << "A() 构造函数调用" << endl;
    }
    ~A() {
        cout << "~A() 析构函数调用" << endl;
    }
};

int main()
{
    int* p1 = new int;
    free(p1);  // 用free释放new分配的int内存（不推荐，但是可行）

    A* p2 = new A;
    delete p2;  // 用delete释放new分配的A对象内存（推荐）

    return 0;
}

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
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

仿new实现

int main()
{
    A* p1 = new A(1);
    delete p1;

    //仿制实现
    A* p2 = (A*)operator new(sizeof(A));
    new(p2)A(1);

    p2->~A();
    operator delete(p2);

    return 0;
}

        这里new本来就是调用operator new分配空间和调用定位new进行定位初始化，实际上和直接new没啥区别要有区别就是new更简单，两行代码就解决了。

        但也不能说operator new和定位new没用，他们也有单独用到的地方