C++内存管理

C语言内存管理方式在C++中可以继续使用，但是存在一定的缺陷，如使用malloc动态开辟自定义类型对象的空间，无法自动调用构造函数，那就必须我们去显示的调用构造函数（一般情况下，构造函数不可以显示调用，使用new定位表达式就可以做到显示调用）

free去释放空间，无法自动调用析构函数，也需要我们显示的调用析构函数，析构函数是可以直接显示调用的，但总归还是很麻烦

所以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

可以这样认为：new是封装之后的malloc，delete是封装之后的free

1 new/delete操作内置类型
 

void Test()
{
	//动态申请一个int类型的空间
	int* p1 = new int;
	//动态申请一个int类型的空间并初始化为4
	int* p2 = new int(4);
	//动态申请10个int类型的空间
	int* p3 = new int[9];

	delete p1;
	delete p2;
	delete[]p3;
}

对于内置类型，new就和malloc一样，不会初始化，但是我们可以手动给初值

给初值方式：

单个空间给初值的方式是在（）里给值

连续空间给初值的方式是在{}里给值

void Test()
{
	int* p1 = new int(3);
	int* p2 = new int[5]{ 1,2,3 };
	int* p3 = new int[6]{};
}

 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[]

2 new和delete操作自定义类型
 

对于自定义类型，new完成：开空间+调用构造函数完成初始化

                            delete完成：释放空间+调用析构函数完成资源释放

class A
{
public:
	A(int a = 0)
		:_a(a)
	{
		cout << "A(int a = 0)" << endl;
	}
	~A()
	{
		cout << "~A()" << endl;
	}
private:
	int _a;
};

int main()
{
	A* p = new A;
	A* p2 = new A(4);
	A* p3 = new A[5];
	delete p;
	delete p2;
	delete[]p3;
	return 0;
}

 

 给初始值的方式：

	//单个空间：
	A* m = new A(1);
	
	//连续空间：
	//1 有名对象
	A a1(1);
	A a2(2);
	A* p = new A[4]{ a1,a2 };
	//2 匿名对象
	A* p2 = new A[4]{ A(1),A(2) };
	//3 隐式类型转换
	A* p3 = new A[4]{ 1,2 };
	delete m;
	delete[]p;
	delete[]p2;
	delete[]p3;

 

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

总而言之，new和delete，new[]，delete[]一定要匹配使用，不能乱来，一旦乱来结果是未定义的

错误示例：

class A
{
public:
	A(int a = 0)
		:_a(a)
	{
		cout << "A(int a = 0)" << endl;
	}
	~A()
	{
		cout << "~A()" << endl;
	}
private:
	int _a;
};


int main()
{
	A* p = new A[10];
	//free(p); 程序都崩溃
	delete p;
	return 0;
}

 原因：

因为有[]，说明有多个对象，又存在我们自己显示写的析构函数，即使这个析构函数不会做任何事情，但编译器仍旧不会优化，所以会调用[]里面数字次析构函数

那么在开空间时，会开4*10+4个字节的空间，4个字节存整型，也就是[]里的数字，最终空间开好后返回图上指针的位置

free和delete释放空间的位置不对，释放空间要从起始位置开始一把释放，但它不是，故而程序崩溃

 

class A
{
public:
	A(int a = 0)
		:_a(a)
	{
		cout << "A(int a = 0)" << endl;
	}
private:
	int _a;
};


int main()
{
	A* p = new A[10];
	//free(p); 程序都没崩
	delete p;
	return 0;
}

 

没有显示写析构函数，编译器默认生成，又析构函数不会做任何事情，所以编译器直接优化，

只会开辟4*10个字节，不会多开4字节用于存储析构函数的调用次数，所以p指针指向了申请空间的起始位置，那么free和delete就不会报错 

3 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，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
 

所以说new和delete实际上是对malloc和free的封装

4 new和delete的实现原理
 

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，需要注意的是：
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

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

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
 

5 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：

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
 

    A* p = (A*)malloc(sizeof(A));
	new(p)A;//构造函数不可以显示调用，但可以用定位new表达式
	p->~A();//析构函数可以显示调用
	free(p);


	A* p2 = (A*)operator new(sizeof(A));
	new(p2)A(4);//显示调用构造函数时可以传参
	p2->~A();
	operator delete(p2);
	return 0;

6 malloc/free和new/delete的区别

共同点：都是从堆上申请空间，并且需要用户手动释放

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即可，
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只会开辟空间，不会调用构造函数，free只会释放空间，不会调用析构函数

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

捕获异常：

    try
	{
		char* a = new char[0x7fffffff];
	}
	catch(const exception&e)
	{
		cout << e.what() << endl;
	}

 

不捕获异常程序直接崩掉

也可以间接捕获，如：

void func()
{
	char* a = new char[0x7fffffff];
}

int main()
{
	try
	{
		func();
	}
	catch(const exception&e)
	{
		cout << e.what() << endl;
	}
	return 0;
}

7 内存泄漏
 

1 内存泄漏的概念及危害

概念：

内存泄漏指因为疏忽或错误造成程序未能释放已经不再使用的内存的情况。内
存泄漏并不是指内存在物理上的消失，而是应用程序分配某段内存后，因为设计错误，失去了对
该段内存的控制，因而造成了内存的浪费

危害：

长期运行的程序出现内存泄漏，影响很大，如操作系统、后台服务等等，出现
内存泄漏会导致响应越来越慢，最终卡死

2 内存泄漏分类（了解）
 

堆内存泄漏(Heap leak)
 

堆内存指的是程序执行中依据须要分配通过malloc / calloc / realloc / new等从堆中分配的一
块内存，用完后必须通过调用相应的 free或者delete 删掉。假设程序的设计错误导致这部分
内存没有被释放，那么以后这部分空间将无法再被使用，就会产生Heap Leak
 

系统资源泄漏
 

指程序使用系统分配的资源，比方套接字、文件描述符、管道等没有使用对应的函数释放
掉，导致系统资源的浪费，严重可导致系统效能减少，系统执行不稳定