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C++入门5——C/C++动态内存管理（new与delete）

news 来源：原创 2024/9/29 14:35:16

1. 一图搞懂C/C++的内存分布

2. 存在动态内存分配的原因

3. C语言中的动态内存管理方式

4. C++内存管理方式

4.1 new/delete操作内置类型

4.2 new/delete操作自定义类型

1. 一图搞懂C/C++的内存分布

说明：

1. 栈区（stack）：在执行函数时，函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建，函数执行结束时这些存储单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率很高，但是分配的内存容量有限。栈区主要存放运行函数而分配的局部变量、函数参数、返回数据、返回地址等。

2. 堆区（heap）：一般由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收。分配方式类似于链表。

3. 数据段（静态区）：（static）存放全局变量、静态数据。程序结束后由系统释放。

4. 代码区：存放函数体（类成员函数和全局函数）的二进制代码。

2. 存在动态内存分配的原因

现在我们最朗朗上手的内存开辟方式有：

    int a = 10;//在栈空间上开辟4个字节的空间int arr[100] = { 0 };//在栈空间上开辟100×4个字节的空间

上述两种方法开辟空间的方式有两个特点：

1. 空间开辟大小是固定的；

2. 数组在申明的时候，必须指定数组的长度，它所需要的内存在编译时分配。

但是对于空间的需求，不仅仅是上述的情况。有时我们需要的空间大小在程序运行时才能知道。

其如果比我们开辟的空间大，程序会不会报错呢？如果比我们开辟的空间小，那又会不会造成内存浪费，降低运行效率呢？

所以这种静态的内存开辟方式就不能满足我们的需求了，那该如何来解决呢？

这时动态的内存开辟或许就可以满足我们的需求。

3. C语言中的动态内存管理方式

C语言中的动态内存管理方式为malloc、calloc、realloc、free函数的使用，具体请看：详解C/C++动态内存函数（malloc、free、calloc、realloc）

4. C++内存管理方式

我们说过，C++是兼容C语言的，所以C语言的内存管理方式在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。

了解C++的类与对象之后，我们知道了内置类型和自定义类型，我们似乎可以发现，在学习了C++的很多知识后，好像很大一部分篇幅都在介绍处理自定义类型的情况，这些也恰巧可以体现C++面向对象的原因，所以，对于new和delete我们也应该分为内置类型与自定义类型来讨论。

4.1 new/delete操作内置类型

new/delete操作内置类型与malloc、calloc、realloc、free函数除了用法上，其他方面没有任何区别，用法也完全可以照猫画虎，不过确实new/delete更为方便：

void test()
{// ①动态申请一个int类型的空间//malloc//int* ptr1 = (int*)malloc(sizeof(int));//newint* ptr1 = new int;// ②动态申请一个int类型的空间并初始化为10//malloc/*int* ptr2 = (int*)malloc(sizeof(int));if (ptr2 == NULL){perror("malloc");exit(-1);}*ptr2 = 10;*///newint* ptr2 = new int(10);//③ 动态申请10个int类型的空间//calloc/*int* ptr3 = (int*)calloc(10, sizeof(int));if (ptr3 == NULL){perror("calloc");exit(-1);}*///newint* ptr3 = new int[10];//④动态申请10个int类型的空间，并初始化成1~10//直接演示new:int* ptr4 = new int[10]{ 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };//(如果未初始化完全，其余默认初始化为0)//free/*free(ptr1);ptr1 = NULL;*///deletedelete ptr1;delete ptr2;delete[] ptr3;delete[] ptr4;
}

（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[]，要匹配起来使用。）

4.2 new/delete操作自定义类型

我们已经说了，new/delete与malloc、calloc、realloc、free除了用法上，其他方面没有区别，那既然已经有了后者，为什么还要再引入new/delete呢？仅仅是为了用法上更方便一些吗？

答案当然不是的，没有任何区别仅仅是针对内置类型来说的，我们在学习操作符重载时就发现，+、-、*、/ 这些运算符对于自定义类型并不能直接拿来用，需要加以重载我们才可以使用。

malloc、calloc、realloc、free这些函数也是同样的道理，所以针对自定义类型，new与delete就应运而生了。

那么，我们就跟着new/delete操作内置类型的用法照猫画虎，来试一下自定义类型A:

#include <iostream>
using namespace std;class A
{
public://构造函数A(int a = 0):_a(a){cout << "调用了构造函数  " << this << endl;}//析构函数~A(){cout << "调用了析构函数  " << this << endl;}private:int _a;
};int main()
{//动态申请1个A类型的空间并初始化为1A* a1 = new A(1);delete a1;return 0;
}

运行结果：

从运行结果来看：

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。

所以我们可以说：

new的本质：开空间+调用构造函数初始化；

delete的本质：调用析构函数+释放空间。

另外，熟悉一下用new对自定义类型开多个空间：

int main()
{//动态申请3个A类型的空间并初始化为1~3//方法①：有名对象/*A a1(1);A a2(2);A a3(3);A* aa1 = new A[3]{ a1,a2,a3 };delete[] aa1;*///方法②：匿名对象A* aa2 = new A[3]{ A(1),A(2),A(3) };delete[] aa2;//方法③：巧用构造函数的隐式类型转换A* aa3 = new A[3]{ 1,2,3 };delete[] aa3;return 0;
}

（本篇完）