C++14--内存管理（new delete）

目录

1.C++内存管理方式

1.1new/delete操作内置类型

1.2new和delete操作自定义类型

2.operator new与operator delete函数

3.new和delete的实现原理

3.1内置类型

3.2自定义类型

4.定位new表达式(placement-new)

5.malloc/free和new/delete的区别

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1.C++内存管理方式

前言

C语言内存管理在C++中可以继续使用，但是有些地方就无能为力，而且使用起来比较麻烦，因此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

1.1new/delete操作内置类型

int main()
{
	//动态申请一个int类型的空间
	int* p1 = new int;
	delete p1;

	//动态申请一个int类型的空间并初始化为10
	int* p2 = new int(10);
	delete p2;

	//动态申请10个int类型的空间
	int* p3 = new int[10];
	delete p3;

	//动态申请10个int类型的空间并初始化
	int* p4 = new int[10] {1,2,3,4,5,6,7,8,9,0};
	delete p4;

	return 0;
}

注意：申请和释放单个元素的空间，使用new和delete操作符，申请和释放连续空间，使用new[]和delete[]。

注意：匹配起来使用。

1.2new和delete操作自定义类型

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

int main()
{
	//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
	A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));
	A* p2 = new A(1);
	free(p1);
	delete p2;

	//内置类型是几乎是一样的
	int* p3 = (int*)malloc(sizeof(int));
	int* p4 = new int;
	free(p3);
	delete p4;

	A* p5 = (A*)malloc(sizeof(A)*10);
	A* p6 = new A[10];
	free(p5);
	delete[] p6;

	return 0;
}

注意：在申请自定义类型的空间式，new会调用构造函数，delete会调用析构函数，而malloc与free不会。

2.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， 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的实现
*/
#define free(p)
_free_dbg(p, _NORMAL_BLOCK)

通过上述两个全局函数的实现知道，operator new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，否则执行用户提供的空间不足以应付措施，如果用户提供改措施就继续申请，否则就抛异常。operator delete 最终是通过free来释放空间的

3.new和delete的实现原理

3.1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，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

3.2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次构造函数，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

4.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用构造函数进行初始化。

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

	A(const A& aa)
		:_a(aa._a)
	{
		cout << "A(const A& aa)" << this << endl;
	}
	~A()
	{
		cout << "~A()" << endl;
	}
private:
	int _a;
};

int main()
{//p1现在指向的只不过是与A对象相同大小的一段空间，还不能算是一个对象，
	//因为构造函数没有执行
	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;
}

5.malloc/free和new/delete的区别

malloc/free和new/delete的共同点是：都是从堆上申请空间，并且需要用户手动释放。

不同的地方是：

1. malloc和free是函数，new/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的返回值是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/free只会开辟空间，不会调用构造函数和析构函数，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完成空间中资源的清理