一、程序中主要存储的一些数据：

1.1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。（Linux课程如果没学到这块，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。

1.2程序中主要存储的一些数据的位置：

局部数据：存在栈区
静态数据和全局数据：存在静态区/数据段
常量数据：存在常量区/代码段
动态申请的数据：存在堆区

1.3C/C++的内存分布

判断下面各个变量都在什么区存储

int globalVal = 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(ptr2);
	ptr1 = nullptr;
	ptr2 = nullptr;
}

解：
  globalVal：静态区（数据段）
  staticGlobalVar：静态区（数据段）
  staticvar: 静态区（数据段）
  localVar: 栈区
  num1：栈区
  char2：栈区，虽然"abcd\0"在常量区，但是char2是个数组，在栈区创建一块空间，贝"abcd\0"到栈区
  *char2：栈区，char2代表数组首元素的地址，对数组首元素解引用，还是在栈区
  pChar3：栈区
  *pChar3：常量区（代码段），对常量"abcd"解引用,所以在常量区
  ptr1：栈区，ptr1是个指针，然后去对上开个空间，ptr1指向这块空间，所以ptr1在栈上
  *ptr1:堆区，堆ptr1解引用就找到在堆上开辟的空间了，所以*ptr1在堆上
  sizeof(num1)；40字节
  sizeof(char2):5字节            strlen（char2）：4（不算\0）
  sizeof(pChar3):4或者8字节      strlen(pChar2)；4
  sizeof(ptr1):4或者8字节

注意：
  ptr和pChar都是指针，他们都是地址，是地址就是4或者8字节

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

void Test()
{
	int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int));
	free(p1);
	p1 = nullptr;
	//malloc/calloc/realloc的区别是什么？
	int* p2 = (int*)calloc(4, sizeof(int));
	int* p3 = (int*)realloc(p2, sizeof(int) * 10);
	p2 = nullptr;

	// 这里需要free(p2)吗？
	free(p3);
	p3 = nullptr;
	//注：这里不需要p2了，因为realloc已经对p2进行了扩容，p3代替了p2
}

malloc/calloc/realloc的区别？
malloc不会对开辟的空间初始化，calloc会对开辟的空间初始化，realloc是对已有的空间的扩容，
分为原地扩容和异地扩容

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

void Test()
{
	// 动态申请一个int类型的空间
	int* ptr1 = new int;

	// 动态申请一个int类型的空间并初始化为10
	int* ptr2 = new int(10);

	// 动态申请10个int类型的空间
	int* ptr3 = new int[10];

	//对数组初始化
	int* ptr4 = new int[10] {1, 2, 3};//虽然只初始化了三个，但是数组剩下的空间都会被初始化为0

	//不用了就将其delete
	delete ptr1;
	ptr1 = nullptr;


	delete ptr2;
	ptr2 = nullptr;

	delete[] ptr3;
	ptr3 = nullptr;

	delete[] ptr4;
	ptr4 = nullptr;
}

注意：
（1）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[ ]，一定要将两个匹配起来使用
（2）不可以将[ ]和( )一起使用对数组初始化，要对数组进行初始化，就要使用{ }
   (3)( )是初始化，[ ]是申请多个对象

3.2 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;
};

C语言和C++定义和声明类的对比

void  test()
{
// 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);//调用构造函数
	free(p1);
	delete p2;//此处要调用析构函数

	//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;

	//构造十个自定义类型
	A* p5 = (A*)malloc(sizeof(A) * 10);//C  
	A* p6 = new A[10];//C++
	free(p5);
	delete[] p6;
}

注意：
（1）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
（2）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
 

4. operator new与operator delete函数

4.1 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：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，如果改应对措施用户设置了，则继续申请，否则抛异常。

//free的实现
#define free(p) _free_dbg(p, _NORMAL_BLOCK)
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);
}

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); /* 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;
}

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。

注：
（1）malloc和new在申请空间失败的区别是：new对于异常是直接报告异常，而c语言则是返回错误码
（2）new是开空间+构造函数，delete是析构函数+释放空间

5. new和delete的实现原理 

5.1 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会返回NULL

5.2 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，因为对象中可能有开辟得新空间，所以要先调用析构函数
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

六、 定位new表达式(placement-new)  

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

使用场景：
定位new表达式在实际中一般是配合内存池使用(池化技术）。因为内存池分配出的内存没有初始化，所以如果是自定义类型的对象，需要使用new的定义表达式进行显示调构造函数进行初始化。

class A
{
public:
	A(int a = 0)
		: _a(a)
	{
		cout << "A():" << this << endl;
	}

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

private:
	int _a;
};

 定位new/replacement new

int main()
{
	// p1现在指向的只不过是与A对象相同大小的一段空间，还不能算是一个对象，因为构造函数没有执行
	A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));
	new(p1)A; // 此处为定位new（显示调用构造函数），注意：如果A类的构造函数有参数时，此处需要传参
	
	//因为任何类型得指针都是内置类型，所以p1是不会调用构造函数的，也不会调用析构函数

	p1->~A();// 此处为显示调用析构函数
	free(p1);


	A* p2 = (A*)operator new(sizeof(A));
	new(p2)A(10);
	p2->~A();
	operator delete(p2);
	return 0;
}

注意:
因为任何类型得指针都是内置类型，所以是不会调用构造函数的，也不会调用析构函数

七、几个问题

7.1 malloc / free和new / delete的区别

malloc/ree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

7.2 内存泄漏

7.2.1 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。

void MemoryLeaks()
{
	// 1.内存申请了忘记释放
	int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int));
	int* p2 = new int;

	// 2.异常安全问题
	int* p3 = new int[10];

	Func(); // 这里Func函数抛异常导致 delete[] p3未执行，p3没被释放.

	delete[] p3;
}

7.2.2 内存泄漏分类

C / C++程序中一般我们关心两种方面的内存泄漏：

（1）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。

（2）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。

7.2.3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：这个理想状
态。但是如果碰上异常时，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。

总结一下 :
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。