C/C++之内存旋律：星辰大海的指挥家

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一、C/C++内存分布

我们先来了解一下C/C++内存分配的几个区域，以下面的代码为例来看：

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 内存划分

 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
• staticGlobalVar在哪里？C
• staticVar在哪里？C
• localVar在哪里？A
• num1 在哪里？A

  ---

  char2在哪里？A

  • 字符串在常量区，char2会栈上开辟一个数组，然后将常量区的字符串拷贝过到栈上，所以char2是栈上的指针变量，上题的num1是直接在栈上开辟的。

    *char2在哪里？A

    • char指向栈上开辟的数组的指针，*char解引用表示栈上开辟空间的内容

      pChar3在哪里？A

      • const修饰的是代表常变量，不代表就在常量区，pChar3是栈上的一个指针变量，指向了常量区的字符串

        *pChar3在哪里？D

        • pChar3指向了常量区的字符串，解引用就是常量区的字符串

          ptr1在哪里？A

          • 也是栈上的一块指针变量

            *ptr1在哪里？B

            • ptr1指向开辟在堆上的空间，解引用表示堆空间的内容

              ---

              内存区域划分：

              【说明】

              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。(未学到linux仅作了解即可)

              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。

              ---

              2.1 sizeof 和 strlen 区别

              在C/C++中：

              sizeof：这是一个运算符，编译时确定，用于计算变量或类型的大小（以字节为单位），包括数组、指针、结构体等。对于字符数组或字符串，它返回整个数组（包括结束符 \0）的总字节数。

              strlen：这是一个库函数，运行时确定，用于计算以 \0 结尾的字符串的实际字符数，不包括结束符 \0。因此，对于包含字符串的字符数组，strlen 返回的是字符串的有效字符数量。

              总结：

              sizeof 计算内存容量。

              strlen 计算字符串长度。

              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);}

              • sizeof(num1) = 40;
              • sizeof(char2) = 5;
              • strlen(char2) = 4;
              • sizeof(pChar3) = 4/8;
              • strlen(pChar3) = 4;
              • sizeof(ptr1) = 4/8;

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

                #include#includeint main(){int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int));free(p1);int* p2 = (int*)calloc(4, sizeof(int));// 这里需要free(p2)吗？//free(p2);int* p3 = (int*)realloc(p2, sizeof(int) * 10);free(p3);}

                • 为什么不需要free(p2)?

                          因为p2申请了四个字节的空间，此基础上，如果free掉p2,那么p3申请空间的时候，p2指向那块空间已经属于操作系统了，这时候再操作就引发野指针异常

                  ---

                  •  malloc/calloc/realloc的区别？

                    malloc:

                    1. 功能：动态分配指定字节数的内存。
                    2. 特点：不会初始化分配的内存，内容随机。
                    3. 语法：void* malloc(size_t size);
                    4. 示例：int *p = (int*)malloc(sizeof(int)*n); 分配n个整数大小的连续内存空间。

                    calloc:

                    1. 功能：动态分配指定数量、特定类型的内存空间，并初始化为0。
                    2. 特点：不仅分配内存，还会清零初始化。
                    3. 语法：void* calloc(size_t num, size_t size);
                    4. 示例：int *p = (int*)calloc(n, sizeof(int)); 分配并初始化n个int大小的连续内存空间为0。

                    realloc:

                    1. 功能：调整已分配内存块的大小，可以扩大或缩小。
                    2. 特点：如果扩大内存，新增空间内容不确定；如果缩小内存，多余部分会被释放，缩小后的内存区域保持不变。
                    3. 语法：void* realloc(void* ptr, size_t new_size);
                    4. 示例：int *new_p = (int*)realloc(p, sizeof(int)*m); 尝试更改指针p指向的内存区域大小为m个整数所需空间，返回新的内存地址，有可能与原地址相同也可能不同。

                    总的来说：

                    malloc 用于单纯分配未初始化的内存。

                    calloc 用于分配并初始化为零的内存。

                    realloc 用于调整已分配内存区域的大小，提供了一种灵活的内存管理手段。

                       

                    三、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。

                    3.1 new/delete操作内置类型

                    •  malloc和new对于内置类型都只会申请空间但不会初始化 ,因为 new没有调构造函数

                    • 同样对于delete和free来说，对于内置类型都只会释放对象的空间， delete不会调用析构函数

                      int main(){// 管理对象// 动态开辟一个int类型的空间int* p1 = new int;// 动态开辟一个int类型的空间，并初始化为1int* p2 = new int(1); //管理对象数组// 动态开辟一个int类型的数组int* p3 = new int[10];// 动态开辟一个int类型的数组，并初始化int* p4 = new int[10]{};// 不写初始化值，默认初始化为 0// 动态开辟一个int类型的数组，并初始化int* p5 = new int[10]{ 1,2,3 };// 前三个分别初始化为1 2 3，后面默认初始化为 0 //释放开辟的内存delete p1;delete p2;delete[] p3;// 对应释放数组加[]delete[] p4;delete[] p5; return 0;}

                       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[].      

                      3.2 new和delete操作自定义类型

                      new/delete 和 malloc/free 最大区别是：

                      • new/delete  对于【自定义类型】除了 开空间 /释放空间 ，还会调用 构造函数和析构函数

                        class A{public:A(int a = 0): _a(a){cout