C/C++ 内存分配：malloc/calloc/realloc/free和new/delete

realloc,malloc,calloc的区别

三个函数的声明分别是: 

void* realloc(void* ptr, unsigned newsize);
void* malloc(unsigned size);
void* calloc(size_t numElements, size_t sizeOfElement);

都在stdlib.h函数库内

它们的返回值都是请求系统分配的地址,如果请求失败就返回NULL

malloc用于申请一段新的地址,参数size为需要内存空间的长度,如: 

char* p;
p=(char*)malloc(20);

calloc与malloc相似,参数sizeOfElement为申请地址的单位元素长度,numElements为元素个数,如: 

char* p;
p=(char*)calloc(20,sizeof(char));

realloc是给一个已经分配了地址的指针重新分配空间,参数ptr为原有的空间地址,newsize是重新申请的地址长度 

char* p;
p=(char*)malloc(sizeof(char)*20);
p=(char*)realloc(p,sizeof(char)*40);

注意，这里的空间长度都是以字节为单位。 
区别:
    (1)函数malloc不能初始化所分配的内存空间,而函数calloc能.如果由malloc()函数分配的内存空间原来没有被使用过，则其中的每一位可能都是0;反之,
如果这部分内存曾经被分配过,则其中可能遗留有各种各样的数据.也就是说，使用malloc()函数的程序开始时(内存空间还没有被重新分配)能正常进行,但经过一段时间(内存空间还已经被重新分配)可能会出现问题.
    (2)函数calloc()
会将所分配的内存空间中的每一位都初始化为零,也就是说,如果你是为字符类型或整数类型的元素分配内存,那么这些元素将保证会被初始化为0;如果你是为指针类型的元素分配内存,那么这些元素通常会被初始化为空指针;如果你为实型数据分配内存,则这些元素会被初始化为浮点型的零.
    (3)函数malloc向系统申请分配指定size个字节的内存空间.返回类型是
void*类型.void*表示未确定类型的指针.C,C++规定，void*
类型可以强制转换为任何其它类型的指针.
    (4)realloc可以对给定的指针所指的空间进行扩大或者缩小，无论是扩张或是缩小，原有内存的中内容将保持不变.当然，对于缩小，则被缩小的那一部分的内容会丢失.realloc并不保证调整后的内存空间和原来的内存空间保持同一内存地址.相反，realloc返回的指针很可能指向一个新的地址,并且realloc参数ptr可以为空，为空就是mal
4000
loc.
    (5)realloc是从堆上分配内存的.当扩大一块内存空间时，realloc()试图直接从堆上现存的数据后面的那些字节中获得附加的字节，如果能够满足，自然天下太平；如果数据后面的字节不够，问题就出来了，那么就使用堆上第一个有足够大小的自由块，现存的数据然后就被拷贝至新的位置，而老块则放回到堆上.这句话传递的一个重要的信息就是数据可能被移动.

new和delete

new和delete是C++中的运算符，不是库函数，不需要库的支持，同时，他们是封装好的重载运算符，并且可以再次进行重载。

（1）new是动态分配内存的运算符，自动计算需要分配的空间，在C++中，它属于重载运算符，可以对多种数据类型形式进行分配内存空间，比如int型、char型、结构体型和类等的动态申请的内存分配，分配类的内存空间时，同时调用类的构造函数，对内存空间进行初始化，即完成类的初始化工作。

（2）delete是撤销动态申请的内存运算符。delete与new通常配对使用，与new的功能相反，可以对多种数据类型形式的内存进行撤销，包括类，撤销类的内存空间时，它要调用其析构函数，完成相应的清理工作，收回相应的内存资源。
（3）典型用法

int *p = new int；         delete p；
char *p = new char；       delete p；
类的类型 *p = new 类的类型； delete p；
//注意，指针p存于栈中，p所指向的内存空间却是在堆中。
Obj * p = new Obj[100];    delete [ ]p;
//注意，new申请数组，delete删除的形式需要加括号“[ ]”，表示对数组空间的操作，总之，申请形式如何，释放的形式就如何。

new/delete与malloc/free之间的联系和区别

(1) malloc/free和new/delete的联系
a） 存储方式相同。malloc和new动态申请的内存都位于堆中。申请的内存都不能自动被操作系统收回，都需要配套的free和delete来释放。
b） 除了带有构造函数和析构函数的类等数据类型以外，对于一般数据类型，如int、char等等，两组动态申请的方式可以通用，作用效果一样，只是形式不一样。
c） 内存泄漏对于malloc或者new都可以检查出来的，区别在于new可以指明是那个文件的那一行，而malloc没有这些信息。
d）两组都需要配对使用，malloc配free，new配delete，注意，这不仅仅是习惯问题，如果不配对使用，容易造成内存泄露。同时，在C++中，两组之间不能混着用，虽说有时能编译过，但容易存在较大的隐患。
(2) malloc/free和new/delete的区别
a） malloc和free返回void类型指针，new和delete直接带具体类型的指针。
b） malloc和free属于C语言中的函数，需要库的支持，而new/delete是C++中的运算符，况且可以重载，所以new/delete的执行效率高些。C++中为了兼用C语法，所以保留malloc和free的使用，但建议尽量使用new和delete。
c） 在C++中， new是类型安全的，而malloc不是。例如：

int* p = new char[10];                    // 编译时指出错误
delete [ ]p;                                     //对数组需要加中括号“[ ]”
int* p = malloc(sizeof(char )*10);    // 编译时无法指出错误
free (p);                                       //只需要所释放内存的头指针

d）使用new动态申请类对象的内存空间时，类对象的构建要调用构造函数，相当于对内存空间进行了初始化。而malloc动态申请的类对象的内存空间时，不会初始化，也就是说申请的内存空间无法使用，因为类的初始化是由构造函数完成的。delete和free的意义分别于new和malloc相反。
e）不能用malloc和free来完成类对象的动态创建和删除。

C/C++程序的内存分配介绍
（1）栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，一般使用寄存器来存取，效率很高，但是分配的内存容量有限。 一般局部变量和函数参数的暂时存放位置。
（2） 堆内存，亦称动态内存。如malloc和new申请的内存空间。动态内存的生存期由程序员自己决定，使用非常灵活。 
（3）全局代码区：从静态存储区域分配。内存在程序编译的时候就已经分配好，这块内存在程序的整个运行期间都存在。例如全局变量，static变量。 
（4）常量区：文字常量分配在文字常量区，程序结束后由系统释放。 
（5）代码区：存放整个程序的代码，因为存储是数据和代码分开存储的。 

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模拟实现new[]

#define NEW_ARRAY(PTR,TYPE,N)                      \

do{                                                \

PTR = (TYPR*)operator new(sizeof(TYPE)*N + 4); \

(*(int*)PTR) = N;                          \

PTR = (TYPE*)((char*(PTR)+4));             \

for (size_t i = 0; i < N; i++)                 \

new(PTR + i)TYPE;                          \

} while (false);

//开辟空间：开辟TYPR*型空间给数组存放，加4是为了存放数组元素个数

//把第一个位置用来存放个数：开头部分要4个字节来存放个数，所以是整形去解引用

//将指针指向剩下的空间：接下来PTR指向四个字节之后的地址，也就是指向剩下用来存放数组元素的空间

//进行初始化：采用for循环去初始化数组的每个元素

模拟实现delete[]

#define DELETE_ARRAY(PTR,TYPE)     \

do{                                \

size_t N = *((int*)PTR - 1);       \

for (size_t i = 0; i < N; i++)     \

PTR[i].~TYPE();                \

PTR = (TYPE*)((char*)PTR - 4); \

operator delete(PTR);          \

} while (false);

//将存放的个数拿出来：int*型PTR指针减1也就是减4个字节指向存放个数的地方，解引用得到个数N

//将开辟的空间释放：采用for循环，调用析构函数~TYPE()释放每个元素PTR[i]存放的空间

//将用来存放个数的空间释放：字符型指针PTR减4指向存放个数的那四个字节处，强转成TYPE*型给PTR，

//采用operator delete()函数释放空间