200-详解C++的new和delete

1、深入理解new和delete

• new和delete称作运算符

我们转反汇编看看：


这2个运算符本质也是相应的运算符的重载的调用

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• 1、malloc按字节开辟内存的；new开辟内存时需要指定类型 new int[10]
  所以malloc开辟内存返回的都是void*
  而new相当于运算符的重载函数 operator new ->返回值自动转成指定的类指针 int*
• 2、malloc只负责开辟空间，new不仅仅有malloc的功能，可以进行数据的初始化

new int(20);//初始化20  
new int[20]();//开辟数组是不支持初始化值的，但是支持写个空括号，表示给每个元素初始化为0 ，相当于每个元素调用int（）成为0

• 3、malloc开辟内存失败返回nullptr指针；new抛出的是bad_alloc类型的异常
  （也就是说，new运算符开辟内存失败，要把它的代码扩在try catch里面，是不能通过返回值和空指针比较的。）

	try//可能发生错误的代码放在try里面 
	{
		int *p = new int;
		delete []p;

		int *q = new int[10];
		delete q;
	}
	catch (const bad_alloc &err)//捕获相应类型的异常 
	{
		cerr << err.what() << endl;//打印错误 
	}

2、free和delete的区别？

delete p:

• 调用析构函数，然后再free( p)，相当于包含了free
• 如果delete的是普通的指针，那么delete (int*)p和free( p)是没有区别的
• 因为对于整型指针来说，没有析构函数，只剩下内存的释放

new -> 对operator new重载函数的调用 
delete -> 对operator delete重载函数的调用 

把new和delete的重载函数定义在全局的地方，这样我们整个项目工程中只有涉及到new和delete的地方都会调用到我们全局重写的new，delete的重载函数。

//先调用operator new开辟内存空间、然后调用对象的构造函数（初始化）
void* operator new(size_t size)
{
	void *p = malloc(size);
	if (p == nullptr)
		throw bad_alloc();
	cout << "operator new addr:" << p << endl;
	return p;
}
//delete p; 先调用p指向对象的析构函数、再调用operator delete释放内存空间
void operator delete(void *ptr)
{
	cout << "operator delete addr:" << ptr << endl;
	free(ptr);
}

new和delete从内存管理的角度上来说和malloc和free没有什么区别

• 就是内存开辟失败，返回值不一样

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数组new和delete：

void* operator new[](size_t size)
{
	void *p = malloc(size);
	if (p == nullptr)
		throw bad_alloc();
	cout << "operator new[] addr:" << p << endl;
	return p;
}
void operator delete[](void *ptr)
{
	cout << "operator delete[] addr:" << ptr << endl;
	free(ptr);
}

除非系统自己要实现一个内存池的方案，否则就规矩用库里提供的方案即可！

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C++中，如何设计一个程序检测内存泄漏问题？

• 内存泄漏就是new操作没有对应的delete，我们可以在全局重写上面这些函数，在new操作里面用映射表记录都有哪些内存被开辟过，delete的时候把相应的内存资源删除掉，new和delete都有对应关系
• 如果整个系统运行完了，我们发现，映射表记录的一些内存还没有被释放，就存在内存泄漏了！
• 我们用我们自定义的new和delete重载函数 接管整个应用的所有内存管理 ，对内存的开辟和释放都记录；也可以通过编译器既定的宏和API接口，把函数调用堆栈打印出来，到底在哪个源代码的哪一页的哪一行做了new操作没有delete

3、new和delete能混用吗？

C++为什么区分单个元素和数组的内存分配和释放呢？
下面这样操作是否可以？？？

void* operator new[](size_t size)
{
	void *p = malloc(size);
	if (p == nullptr)
		throw bad_alloc();
	cout << "operator new[] addr:" << p << endl;
	return p;
}
void operator delete[](void *ptr)
{
	cout << "operator delete[] addr:" << ptr << endl;
	free(ptr);
}

• 其实现在对于整型int来说，没有所谓的构造函数和析构函数可言，所以这样的代码就只剩下malloc和free的功能，所以底层调用的就是malloc和free。
• 还是用的上面的 new/delete，以及数组new/delete
  
  所以，它们现在混用是没有问题的！！！

那什么时候我们才需要考虑这些问题呢？

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在这里面，我们new和delete能不能混用呢？


出现错误了。

此时new和delete不能进行混用了！

将上面的Test类修改：

• 先开辟空间；
• 5次构造，5次析构；
• 释放内存！

在这里，new和delete可以混用吗？

运行出错了。

我们最好是这样配对使用：
new delete
new[] delete[]

对于普通的编译器内置类型（int，float，double…）
new/delete[]，new[]/delete，这样混用是可以的！
因为只涉及内存的开辟和释放（没有构造析构可言），底层调用的就是malloc和free。

但是，如果是对象，就不能混用了。

再次修改Test对象：

一个Test对象是4个字节。
每一个Test对象有1个整型的成员变量。

• new的时候，分配了5个Test对象，但是不只是开辟了20个字节哦！
• delete[]p2的时候先调用Test对象的析构函数，析构函数有this指针，this指针区分析构的对象，this指针把正确的对象的地址传到析构函数。

现在加了[]表示有好几个对象，有一个数组，里面的每个对象都要析构，但是它是怎么知道是有5个对象呢？？？

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• 多开辟了4个字节，存储对象的个数。
• 用户在写new Test[5]时，这个5是要被记录下来的。
• 而且，new操作完了之后，给用户返回的p2指针指向的地址是0x104这个地址！即数组首元素的地址。
• 并不是真真正正底层开辟的0x100这个地址，因为那个是不需要让用户知道的，用户只需要知道这个指针指向的是第一个元素对象的地址。
• 当我们去delete[]p2的时候，它一看这个[]就知道释放的是一个对象数组，那么就要从p2（0x104）上移4个字节，去取对象的个数（int类型），知道是5个对象了（一个对象是4字节），然后把0x104下的内存平均分成5份，每一份内存的起始地址就是对象的起始地址，然后传给对象的析构函数，就可以进行对象的析构了。
• 然后进行内存的释放，operator delete（从p2-4开始释放)，从0x100开始释放！！！

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这个代码错误在：

• 实际上开辟的内存空间大小是20+4=24字节；
• 开辟内存是从0028开辟的，因为它有析构函数，所以在底层给数组开辟内存时多开辟了4个字节来存储开辟的对象的个数；
• 但是用户返回的是02c，比028刚好多了4个字节，也就是给用户返回的是真真正正对象的起始地址。

delete p2；它就认为p2只是指向1个对象，因为没有使用delete[]，所以它就只是把Test[0]这个对象析构了而已，然后直接free(p2)，从第一个对象的地址（02c)开始free，而底层内存是从028开始开辟的，应该从028开始释放。

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我们换成delete[]p2，来运行看看：

从指针-4开始free释放内存的操作

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这个代码的出错在：

• 只是new出来1个对象，在0x104开辟的，p1也是指向了0x104；
• 但是你用的是delete[]，在delete[]的时候，认为是指向的是对象数组，因为还有析构函数，于是它就从0x104上移4个字节去取开辟对象的个数
• 这就出现了问题了，这里只有一个Test对象！！！
• 但是，由于delete[]，关键是它free的时候，执行的是free(从0x104-4位置开始free)
• 但是new的时候并不是从0x100开始开辟内存的。

自定义的类类型，有析构函数，为了调用正确的析构函数，那么开辟 对象数组 的时候，会多开辟4个字节，记录对象的个数