C/C++内存管理

C/C++内存分布详解

C/C++ 中的内存分布后可以大致分为以下几部分：

1. 代码区 (Text Segment)

• 存放程序代码，通常是只读区域，无法写入
• 如果试图写入，会导致系统错误（如切换重启、核心崩溃）

2. 全局和静态区 (Data Segment)

• 存放全局变量和 static 变量
• 包括两部分：
  • 初始化区：已给初始值的变量
  • BSS(未初始化)区：未给值的全局或 static 变量
• 系统在运行期初始化时为 BSS 区设置为 0

3. 堆区 (Heap)

• 动态分配的内存，待用户手动释放
• 从低地址向上增长，不同于栈（从高地址向下）
• 如果释放后未当地处理，就会造成内存泄漏

4. 栈区 (Stack)

• 函数调用时会分配栈字段，释放由系统管理
• 常用于局部变量、函数参数、微临时内存
• 从高地址向低分配，和堆区在地址上是对向增长，方便加载后续内存

5. 常量区 / 只读区 (Readonly Data)

• 存放不可修改的常量、字符串定值
• 如果尝试修改这些区，会引发系统错误

C语言中的动态内存管理

1. malloc / calloc / realloc

• malloc(size_t size)：分配 size 字节，内容未初始化
• calloc(size_t n, size_t size)：分配 n*size 字节，并处为 0
• realloc(void* ptr, size_t size)：重新分配内容，并保留旧数据

2. free

• free(void* ptr) 用于释放堆内存，很重要！
• 一旦释放后继续使用，就是释放后访问（Dangling Pointer）

3. 内存泄漏

• 如果 malloc 后未 free，或 realloc 异常丢失原指针，都可能导致泄漏

4. 指针安全

• malloc 分配后需要检查是否为 NULL

C++ 中的动态内存管理

1. new / delete

int* p = new int(10);   // 分配 4 字节，初始化为 10
int* arr = new int[10]; // 分配 40 字节，未初始化

delete p;               // 释放单个对象
delete[] arr;           // 释放数组

2. 特性

• new 调用 operator new，然后调用构造函数
• delete 调用析构函数，然后调用 operator delete

3. 和 malloc/free 对比

operator new 与 operator delete

1. 原型

void* operator new(std::size_t size);
void operator delete(void* ptr);

2. 重写用法

class MyClass {
public:
    void* operator new(size_t size) {
        std::cout << "custom new\n";
        return ::operator new(size);
    }

    void operator delete(void* ptr) {
        std::cout << "custom delete\n";
        ::operator delete(ptr);
    }
};

3. 应用场景

• 自定义内存模型（内存混合、自定义分配器）
• 辅助跟踪内存分配释放

new/delete 实现原理

1. new

• 约翰：

T* p = new T(args);

实际等价于:

void* raw = operator new(sizeof(T));
T* p = new(raw) T(args);  // 应用 placement-new

2. delete

约翰：

delete p;

实际等价于:

p->~T();
operator delete(p);

定位型 new 表达式 (placement-new)

1. 格式

#include <new>
char buffer[sizeof(MyClass)];
MyClass* obj = new (buffer) MyClass(123);

2. 特点

• 指定地址分配
• 不分配新内存，而是在 buffer 中直接构造对象
• 用户需要确保 buffer 夠大，并手动析构：

obj->~MyClass();

3. 应用场景

• 内存混合（memory pool）
• 水平集成（arena allocation）
• 微控制内存分配等

结论

• 熟悉内存分区帮助理解指针、内存泄漏、函数调用机制
• 接触 C++ operator new / delete 能帮助我们编写高性能内存模型
• placement-new 是较高级的技术，但对性能怪兽等有符合性应用

如果需要给出相关分区图视化或其他扩展，我可以继续添加简洁图视化图。