C++ new/delete的使用

1.虚拟地址空间

可执行程序(进程)的虚拟地址空间:
C++ new/delete的使用_第1张图片
内核:操作系统
栈区:函数的形参,非静态的局部变量,函数现场保护数据等等,栈是向下增长的,栈顶是低地址,栈底是高地址,存储结构为“先进后出”,栈区是一块连续的内存区域。
共享库的内存映射区域:用于装载一个共享的动态内存库。用户可使用系统接口创建共享内存,做进程间通信。
堆区:用于程序运行时动态内存分配,堆是向上增长的,堆内存的特点是“先进先出,后进后出”,堆区是不连续的内存区域。
数据段:存储全局数据和静态数据,分为.bss和.data。
代码段:可执行的程序(机器指令)和常量数据。

2.new

new就是告诉计算机开辟一段新的空间,new开辟的空间在堆(Heap)上。new和一般的声明不同,一般声明的变量(函数内)在存放在栈上,new 负责在 堆区heap 中找到一个足以满足要求的内存。
new在堆区上创建一个对象的时候,它实际做了三件事:(1)动态分配内存空间;
(2)调用构造函数;
(3)返回正确的指针
若创建的是简单类型的变量,那么第二步就会被省略。
new还有另外一种变体,被称为定位new 运算符,能够指定使用具体的内存位置。可以用这个特性来设置其内存管理章程,处理需要通过特定地址进行访问的硬件或在特定位置创建对象。

3.new的基本用法

(1)对于基本数据类型new的用法如下:

#include
using namespace std;
int main()
{
	//对于基本数据类型new的用法如下:
	int a = 5;
	int* p = new int(20);//使用new创建对象
	delete p;//new和delete必须对应使用,new创建一个对象,delete就要释放一个对象
	p = NULL;//释放之后将指针置为NULL,防止出现 失效指针
	int* p1 = new int[30];//使用new创建对象数组
	delete[]p1;//new创建一个对象数组,delete就要释放一组对象
	p1 = NULL;释放之后将指针置为NULL,防止出现 失效指针
	return 0;
}

(2)对于类类型new的用法如下:

class A
{
public:
	A(int i = 0) {}
	~A(){}
};
int main()
{
	A* p = new A(20);//使用new创建对象,把20给了i,相当于在new的时候把20直接给到了new出来的空间里面
	delete p;//new和delete必须对应使用,new创建一个对象,delete就要释放一个对象
	p = NULL;//释放之后将指针置为NULL,防止出现 失效指针
	A* p1 = new A[20];//使用new创建一个对象数组
	delete[]p1;//new和delete必须对应使用,new创建一个对象数组,delete就要释放一组对象
	p1 = NULL;//释放之后将指针置为NULL,防止出现 失效指针
	return 0;
}

对于基本数据类型:
使用new仅仅为对象在堆上分配了空间;
使用delete仅仅在使用完对象之后释放了这个对象的空间。
对于类类型:
使用new不仅仅为对象在堆上分配了空间,而且还调用了A的构造函数,生成了这个对象;
使用delete调用了析构函数,在使用完对象之后释放了这个对象的空间。

4.定位new

new的功能是:
(1)分配空间;
(2)调用构造函数。
其实C++规定new的这两个功能分开来实现:
(1)分配空间:调用函数 operate new 来实现;
(2)调用构造函数:调用 placement new 来实现。
定位new表示在已分配的内存中构造对象。
现在有三个 new 了,第一个 new 就是我们常说的 new,这个 new 调用接下来的两个 new 来实现它的功能。(我们称这个 new 为:new operator,叫做 “new 表达式”,因为operator 在 new 后面,所以叫做:new表达式,也就是关键字)

new 关键字会调用 operator new 来分配空间:这里 operator new 是一个全局的函数,写在一个文件中 。当使用 new 关键字的时候,编译器会自动找到这个函数,并且调用这个函数,这个函数的声明如下:

// 全局 operator new
void* operator new(std::size_t size) throw(std::bad_alloc)  {
	if(size == 0)
		size =1;
	void* p;
	while((p = ::malloc(size)) == 0)  {  // 采用 malloc 分配空间
		std::new_handler nh = std::get_new_handler();
		if(nh)
			nh();
		else
			throw std::bad_alloc();
	}
	return p;
}
// 对应的全局 operator delete 采用 free 释放空间
void operator delete(void* ptr)  {
	if (ptr)
		::free(ptr);  // 采用 free 释放空间
}

这个 operator new 函数称为 全局 operator new。(这里称为全局主要是因为:每个类还可以重载自己的 operator new() 函数)。
operator new() 函数具体使用如下:

int main()
{
	int n = 10;
	int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int));
	int* p2 = (int*)::operator new(sizeof(int) * n);

	new(p1)int(20);
	new(p2)int[] {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};

	free(p1);
		::operator delete (p2);

	return 0;
}

operator new就是简单的分配内存

5.内存管理的基本要求

如果只考虑分配和释放,内存管理基本要求是 “不重不漏” :既不重复 delete,也不漏掉 delete。也就是我们常说的 new/delete 要配对,“配对” 不仅是个数相等,还隐含了 new 和 delete 的调用本身要匹配,不要“东家借的西家还”。例如:
(1)用系统默认的 malloc() 分配的内存要交给系统默认的 free() 去释放;
(2)用系统默认的 new 表达式创建的对象要交给系统默认的 delete 表达式去析构并释放;
(3)用系统默认的 new[] 表达式创建的对象要交给系统默认的 delete[] 表达式去析构并释放;
(4)用系统默认的 ::operator new() 分配的内存要交给系统默认的 ::operator delete() 去释放;
(5)用 placement new 创建的对象要用 placement delete 去析构(其实就是直接调用析构函数);
从某个内存池 A 分配的内存要还给这个内存池;

6.对于内置类型new/delete/malloc/free可以混用

new/delete和malloc/free的区别:
(1)new/delete 是C++中的运算符。malloc/free 是函数
(2)malloc 申请内存空间时,手动计算所需大小,new 只需要类型名,自动计算大小
(3)malloc 申请的内存空间不会初始化,new 可以初始化(需要调用构造函数)
(4)malloc 的返回值为 void*,接受时必须强转,new不需要
(5)malloc 申请内存空间失败时,返回的是NULL,使用时必须判空;new申请内存空间失败时会抛出异常(可以加上 nothrow),所以要有捕获异常处理程序

7.C和C++的动态内存管理
(1)C的动态内存管理
int main()
{
	int n = 10;
	int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int)*n);
	int* p2 = (int*)calloc(n, sizeof(int));
	p1 = (int*)realloc(p1, sizeof(int)*n*2);

	free(p1);
	p1 = NULL;  // 释放之后一定要将指针置为NULL,防止出现 失效指针
	free(p2);
	p2 = NULL;
	return 0;
}

(2)C++的动态内存管理

new运算符的使用:

int main()
{
	int n = 10;
	int* p1 = new int(20);//20个未初始化int
	int* p2 = new int[n]();//n个值初始化为0的int
	int* p3 = new int[n] {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};//9个值初始化为1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9,n-9个值初始化位0
	cout << *p1 << endl;
	for (int i = 0; i < n; i++)
	{
		cout <<" " << p2[i];
	}
	cout<< endl;
	for (int i = 0; i < n; i++)
	{
		cout <<" "<< p3[i];
	}
	cout << endl;
	delete p1;
	delete[]p2;
	delete[]p3;
	return 0;
}

new的函数方式的使用:

int main()
{
	int n = 10;
	int* p1 = (int*)::operator new(sizeof(int));//operator new就是简单的分配内存
	//             (int*)malloc(sizeof(int));
	int* p2 = (int*)::operator new(sizeof(int) * n);//operator new就是简单的分配内存
	//             (int*)malloc(sizeof(int)*n);
	::operator delete(p1);
	::operator delete(p2);
	return 0;
}

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