在 C++ 开发中，无论是简单的变量定义，还是复杂的类对象构建，内存的分配与释放时刻都在发生。正确管理内存，不仅能确保程序高效稳定运行，避免内存泄漏、悬空指针等常见问题，更是编写高质量、健壮 C++ 代码的关键所在。接下来，就让我们深入 C++ 内存管理的世界，探索其中的奥秘与技巧。
 
我们先来看下面的一段代码和相关问题
  
​
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. 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？____
staticGlobalVar在哪里？____
staticVar在哪里？____
localVar在哪里？____
num1 在哪里？____
char2在哪里？____
*char2在哪里？___
pChar3在哪里？____
*pChar3在哪里？____
ptr1在哪里？____
*ptr1在哪里？____
我相信各位读者心中都已经有了答案，接下来我们简单说一下：
见图示：
 
 
 
简单解释一下：
 

-- 内核空间：用户代码无法直接读写，属于操作系统内核管理的区域。

-- 栈（向下增长）：存储函数内的局部变量（如  localVar 、 num1  等）、函数调用时的上下文信息等，空间由系统自动分配和释放，随着函数调用和返回进行动态变化。

-- 内存映射段：用于文件映射、动态库加载、匿名映射等场景，能将文件等资源映射到进程地址空间，方便操作。

-- 堆（向上增长）：通过  malloc 、 calloc 、 realloc  等函数动态分配的内存（如  ptr1 、 ptr2 、 ptr3  所指向的内存）在堆中，需要手动用  free  释放，否则会造成内存泄漏。

-- 数据段：存储全局数据和静态数据，像全局变量  globalVar 、静态全局变量  staticGlobalVar 、函数内的静态变量  staticVar  都位于此段。

-- 代码段：存放可执行代码以及只读常量（如字符串常量  "abcd"  等），代码在此处被加载执行，常量不可被修改。

 通过这样的内存区域划分，C/C++程序能合理管理不同类型的数据和代码，保障程序的正确运行与内存的高效利用。
 
C 语言中动态内存管理方式： malloc/calloc/realloc/free
 
  
void Test ()
{
// 1.malloc/calloc/realloc的区别是什么？
int* p2 = (int*)calloc(4, sizeof (int));
int* p3 = (int*)realloc(p2, sizeof(int)*10);
// 这里需要free(p2)吗？
free(p3 );
}
【面试题】
1. malloc/calloc/realloc的区别？
2. malloc的实现原理？ glibc中malloc实现原理
 

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* ptr4 = new int;
// 动态申请一个int类型的空间并初始化为10
int* ptr5 = new int(10);
// 动态申请10个int类型的空间
int* ptr6 = new int[3];
delete ptr4;
delete ptr5;
delete[] ptr6;
}
 
 
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[]，注意：匹配起来使用。

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;
}
注意：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m alloc 与 free 不会。

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

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
 

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：
 
  
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; // 注意：如果A类的构造函数有参数时，此处需要传参
	p1->~A();
	free(p1);
	A* p2 = (A*)operator new(sizeof(A));
	new(p2)A(10);
	p2->~A();
	operator delete(p2);
	return 0;
}

malloc/free和new/delete的区别

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
 
 
 
 

 

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参考github网址：https://github.com/OpenDriveLab/UniAD/tree/v2.0参考readme：https://gitcode.com/Ascend/DrivingSDK/blob/master/model_examples/UniAD/README.md。

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