学习专栏:
《进击的C++》
让我们再来回顾一下,C/C++的程序内存分布,以便于我们更好地理解。
回顾一下之前学习的C语言内存管理的方式,这里用最常用的malloc举例:
void Test()
{
//动态申请10个int类型的空间
int* p = (int*)malloc(10*sizeof(int));
if (p == nullptr)
{
perror("malloc fail");
return 1;
}
//...
free(p);
p = nullptr;
}
有些场景,C语言内存管理用起来很麻烦,甚至无法达到相应的效果。所以C++就引入了两个操作符——new/delete
void Test()
{
//动态申请1个int类型的空间
int* p1 = new int;
//动态申请10个int类型的空间
int* p2 = new int[10];
//...
delete p1;
delete[] p2;
}
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[],匹配起来使用。
同时,C++使用new还有一个好处,那就是动态申请空间时初始化。
void Test()
{
//动态申请1个int类型的空间并初始化为1
int* p1 = new int(1);
//动态申请10个int类型的空间并初始化为1,2,3,4,5
int* p2 = new int[10] {1, 2, 3, 4, 5};
//...
delete p1;
delete[] p2;
}
其实,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。
class A
{
public:
A(int a = 1)
: _a(a)
{
cout << "A(int)" << endl;
}
~A()
{
cout << "~A()" << endl;
}
private:
int _a;
};
int main()
{
A* p1 = new A;//会调用构造函数初始化
A* p2 = (A*)malloc(sizeof(A));//不会
A* p3 = new A[10];//会调用构造函数初始化
A* p4 = (A*)malloc(10 * sizeof(A));//不会
return 0;
}
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。
我们知道,对于对象,new先开辟空间,再调用构造函数,delete先调用析构函数,再释放空间。那么,它们是如何开辟和释放空间的呢?
这就关乎到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。
注意:别看有operator,其实和运算符重载没有关系(这里只是取函数名的人取的不好罢了。。。)
下面给出两个函数的具体实现(看不懂没关系,大概理解意思即可)
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);
}
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:本质是一个宏,也是调用_free_dbg这个函数
#define free(p) _free_dbg(p, _NORMAL_BLOCK)
简单理解:operator new是对malloc进行封装,operator delete是对free进行封装(类似对比:引用的底层原理也是指针实现的)
所以,这也解释了为什么new不需要检查指针的有效性,因为malloc失败了返回空指针,而new失败了抛异常。
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:
// 定位new/replacement new
int main()
{
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;
}
看到这里,有人可能就会问,直接new和delete不是自动调用构造/析构函数吗?为什么还要先malloc,再用定位new调用构造函数呢,这不是多此一举吗?
其实,正常情况下,确实直接用new和delete就可以了,而定位new是使用在一种特殊场景——内存池。
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式调构造函数进行初始化。
如果你还要问为什么要用内存池,因为向操作系统申请空间较慢,而直接向创建好的内存池申请空间就很快!
就比如,楼下有超市(操作系统),你家有冰箱(内存池),直接从超市一次性买一周的食物存在冰箱里,比每天下楼买食物,要快捷和方便吧。
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