【05】C++ 内存管理

Ⅰ C++ 内存分布

C++ 中程序内存区域划分

内存区域	说明
内核空间	用户代码不能读写
栈	向下增长 ↓，存储定义在函数内的局部变量
内存映射段	文件映射、动态库、匿名映射
堆	向上增长 ↑，用于存储动态开辟出来的空间
数据段	也叫静态区，用于存包处全局数据、静态数据
代码段	存储可执行代码 / 只读常量

Ⅱ C++ 内存管理方式

• C++ 中通过 new 和 delete 操作符来替代 C语言 中 malloc 和 free 的功能。

1. new 和 delete 操作内置类型

1. new 和 delete 操作内置类型格式

• 创建和删除 单个 对象

内置类型* 对象名 = new 内置类型;

delete 对象名;

• 创建和删除 多个 对象

内置类型* 对象名 = new 内置类型(你要 new 出来的数量);

delete[] 对象名;

2. new 和 delete 操作内置类型示例

• 这里主要采用 int 类型作为演示，其他 C++ 内置的数据类型也可以这么整。

2. new 和 delete 操作自定义类型

• 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。

1. new 和 delete 操作自定义类型格式

• 创建和删除 单个 对象

自定义类型名* 对象名 = new 自定义类型名(传给构造函数的参数);

delete 对象名;

• 创建和删除 多个 对象

自定义类型名* 对象名 = new 自定义类型名[创建对象的数量];

delete[] 对象名;

2. new 和 delete 操作自定义类型示例

class date
{
public:
	date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
		:_year(year)
		,_month(month)
		,_day(day)
	{
		cout << "这是一个构造函数" << endl;
	}

	~date()
	{
		cout << "这是一个析构函数" << endl;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

int main()
{
	date* d1 = new date;			// new 一个日期类东西，并用缺省参数调用构造函数初始化
	date* d2 = new date(2024,2, 9);	// new 一个日期类对象，并用所给的值调用构造函数初始化
	date* d3 = new date[3];			// new 三个日期类对象，并对每个对象使用缺省参数初始化

	delete d1;						// 删除 new 出来的单个对象
	delete d2;
	delete[] d3;					// 删除 new 出来的多个对象
	
	return 0;
}

Ⅲ operator new 和 operator delete

概念

• operator new 和 operator delete 是全局函数，不是对 new 和 delete 的重载。
• new 在底层调用 operator new 函数申请空间，delete 则调用 operator delete 函数释放空间。
• operator new 是对 malloc 的封装，operator delete 是对 free 的封装。

本质

• operator new 实际上是通过 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 实际上是通过 free 来释放空间 。

Ⅳ new 和 delete 的实现原理

1. 内置数据类型

• 如果申请的是内置类型的空间，new 和 malloc，delete 和 free 基本类似。
• 不同的地方是 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的空间。
• new 在申请空间失败时会抛出异常，而 malloc 是返回 NULL。

2. 自定义数据类型

1. new 和 delete 的原理

• new：先调用 operator new 函数申请空间，再在申请的空间上执行构造函数。
• delete：先在空间上执行析构函数，完成对象中资源的清理工作。再调用 operator delete 函数去释放对象的空间。

2. new T[n] 和 delete[] 的原理

• new T[n]：先调用 operator new[] 函数，在 operator new[] 函数中调用 operator new 函数完成对 n 个对象空间的申请。最后在申请的空间上执行 n 次构造函数。
• delete[]：先在释放的对象空间上执行 n 次析构函数。再调用 operator delete[] 释放空间，实际是在 operator delete[] 中调用 operator delete 来释放空间。

Ⅴ malloc / free 和 new / delete 的区别

1. 共同点

• 都是从堆上申请空间，并且都需要用户主动释放。

2. 不同点

1. malloc 和 free 是函数，而 new 和 delete 是操作符。
2. malloc 申请的空间不会被初始化，new 可以初始化申请的空间。
3. malloc 申请空间时，还需要手动计算空间的大小并传递给 malloc 函数。new 只需要在后面跟上该对象的类型即可，如果要 new 多个对象，只需在 [] 中指定对象个数即可。
4. malloc 的返回值为 void*，在使用时必须要进行强转。而 new 因为后面跟着该空间的类型，因此不需要对返回值进行强转。
5. malloc 需要手动检查是否开辟空间失败。new 失败了是抛异常，不需要手动检查。
6. 申请自定义类型对象时，malloc / free只会开辟空间。而 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。