C++动态内存管理

C/C++内存分布

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C动态内存管理：malloc/calloc/realloc/free

• malloc

函数声明：void* malloc (size_t size);
作用：申请堆上size个字节的空间，成功返回首地址，失败返回空指针，malloc不会对申请的空间进行初始化。

• calloc

函数声明：void* calloc (size_t num, size_t size);
作用：申请堆上size个字节的空间，成功返回首地址，失败返回空指针，calloc会把每个字节初始化为num。

• realloc

函数声明：void* realloc (void* ptr, size_t size);
作用：重新分配内存块，扩容空间足够就进行原地扩容，不够就进行异地扩容(找一片新空间，先拷贝，然后释放原来空间)。成功返回首地址，失败返回空指针。

• free

函数声明：void free (void* ptr);
作用：释放分配的空间，ptr为空不处理，ptr指向空间不是分配的内存属于未定义行为。

• malloc，calloc，realloc的区别

1. malloc分配空间不会进行初始化。
2. calloc分配空间会进行初始化。
3. realloc是对原有堆空间重新分配。

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C++动态内存管理

C++兼容C，C的管理方式C++依然可以使用，但用于对象管理非常麻烦，所以C++提出了自己的内存管理方式：new和delete操作符。

图解：

注意：

1. 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。
2. new对应delete，new[]对应delete[]，不匹配的话属于未定义行为，结果未知。

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operator new函数和operator delete函数

1.概述

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在底层调用operator delete全局函数来释放空间。

注意：

抛出异常的部分看不懂问题不大，后面到继承多态讲解的时候细讲。

• 抛出异常（不重要）

抛出异常是指在程序执行过程中，当遇到错误或异常情况时，由某个地方抛出一个特定的异常对象，以通知程序的其他部分发生了错误或异常情况。该对象携带有关异常的信息，比如类型、消息等。当异常被抛出时，程序会立即跳转到一个合适的异常处理器，以处理该异常。异常处理器可以是当前代码块中的 catch 语句，或者程序的其他位置，甚至是调用栈上的上级函数。

附一个捕获new异常的方式：

 try 
 {
    // 可能会抛出异常的代码
    // 开辟空间等
} 
catch (bad_alloc& e) 
{
    // 捕获到异常后的处理代码
    // 打印日志等
}

• operator new函数

函数主要负责以下工作：

1. 调用malloc去分配空间
2. 检查是否分配成功，失败会抛出异常。

• operator delete函数

函数主要负责以下工作：调用free去释放空间

• 小结

operator new 函数实际也是通过malloc来申请空间，如果malloc申请空间成功就直接返回，否则抛异常。operator delete 函数最终是通过free来释放空间的。

2.两个函数的源码(不重要，感兴趣看)

/*
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)

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new和delete的原理

1.内置类型

对于内置类型的申请，new和malloc，delete和free基本类似，不同的地方是：new在申请空间失败时会抛异常，malloc会返回NULL。

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

• delete的原理

1. 先执行析构函数，完成资源清理
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，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. 先执行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