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c＋＋初阶知识——内存管理与c语言内存管理对比

news 来源：原创 2024/9/17 3:37:14

前言：

1.c＋＋内存管理方式

1.1 new和delete操作自定义类型

2.operator new与operator delete函数

2.1 operator new与operator delete函数

3.new和delete的实现原理

3.1 内置类型

3.2 自定义类型

new的原理

delete的原理

new T[N]的原理

delete[]的原理

4. 定位new表达式(placement-new) （了解）

7.malloc/free和new/delete的区别

前言：

我们在c语言模块已经学过了关于内存管理的知识，其中c语言最具特点的内存管理就是有关于动态内存管理部分。假设我们需要一个在需要时扩大的数组，又尽可能保证内存不浪费就会用到malloc，realloc，calloc函数，使用malloc和calloc函数可以从堆上开辟一块内存供我们使用，而当我们开辟的内存不够时，可以使用realloc函数对这块内存扩容，当我们不用时，需要手动将这块内存释放，这时就会用到free函数，使用free手动将这块内存释放，如果不释放的话，这块空间会在程序结束时系统自动释放，但是在实际开发中不释放极易造成内存泄漏的情况。而在c＋＋中，又创造了几个关于动态内存的函数，其本质是对c语言中这类函数功能的优化。

1.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。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{// 动态申请一个int类型的空间int* p = new int;// 动态申请10个int类型的空间int* arr = new int[10];// 动态申请一个int类型的空间并初始化为10int* p2 = new int(10);cout << *p2 << endl;delete p;delete p2;delete[] arr;//使用delete释放我们申请的空间return 0;
}

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。

1.1 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:
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malloc与
free不会。4. operator new与operator delete函数（重要点进行讲解）
4.1 operator new与operator delete函数（重点）
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。
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;
}

2.operator new与operator delete函数

2.1 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。


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;
}
/*
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);}
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。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
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_FINALLYreturn;
}
/*
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。

3.new和delete的实现原理

3.1 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[]申请和释放的是连续空间，而且new在申请空间失败时会抛异常，malloc会返回NULL。

3.2 自定义类型

new的原理

（1）先调用operate new在堆上申请空间

（2）在申请的空间上构造函数，完成对象的构造

delete的原理

（1）在申请的空间中执行析构函数，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

4. 定位new表达式(placement-new) （了解）

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。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;  // 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;
}