【C++】动态内存管理

一、C/C++的内存分布

🍔内存的划分

🍟C语言动态内存管理方式

🌮C++动态内存管理方式

二、new 和 delete

🍔new 和 delete 操作自定义类型

🍟operator new 与 operator delete 函数

🌮面试题：new/delete 和 malloc/free的区别

三、结语

一、C/C++的内存分布

🍔内存的划分

🌟请看下面代码中，各种类型是如何分布的？

//全局
int n1 = 0;
static int static_n1 = 0;void test_1()
{//局部static int  static_n2 = 0;int n2 = 0;int num1[10] = { 1 };char C1[] = "abcd";const char* pC2 = "abcd";int* ptr1 = (int*)malloc(sizeof(int) * 4);int* ptr2 = (int*)calloc(4, sizeof(int));int* ptr3 = (int*)realloc(ptr2, sizeof(int) * 4);free(ptr1);free(ptr3);
}

🍟C语言动态内存管理方式

👉简单回顾：

🌟C语言中动态内存管理主要通过：malloc/calloc/realloc/free
void test_2()
{int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int) * 4);free(p1);int* p2 = (int*)calloc(4, sizeof(int));int* p3 = (int*)realloc(p2, sizeof(int) * 10);free(p3);
}

🌮C++动态内存管理方式

📘 C++有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
void test_3()
{//动态申请一个int类型的空间//int* prt4 = (int*)malloc(sizeof(int));int* ptr4 = new int;//动态申请一个int类型的空间并初始化为10//int* prt5 = (int*)calloc(10, sizeof(int));int* ptr5 = new int(10);//动态申请10个int类型的空间//int* ptr6 = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);int* ptr6 = new int[10];delete ptr4;delete ptr5;delete[] ptr6;
}
‼️注意：

1️⃣使用 new 和 delete 是需要匹配使用：

👉 new - delete

👉new[ ] - delete[ ]

2️⃣要注意 初始化 new( ) 和 对象个数 new[ ] 的区别

二、new 和 delete

🍔new 和 delete 操作自定义类型

📘通过上面的介绍，C++和C语言对于动态内存的管理似乎只是使用方式上的不同，那为什么要提出new和delete呢？

原因是C++中常常会将一个对象封装起来，例如日期类，个人信息类...

所以C++中 new/delete 和 malloc/free 的最大区别就是对于这样【自定义类型】的特殊处理

C++中 new/delete 对于自定义类型，除了开辟空间还会调用构造函数和析构函数
void test_4()
{//日期类class Date{public:Date(){cout << "Date:"<< this << endl;}~Date(){cout << "~Date:"<< this << endl;}private:int _day;int _month;int _year;};Date* pD1 = (Date*)malloc(sizeof(Date));Date* pD2 = new Date;free(pD1);delete pD2;
}
‼️注意：

操作自定义类型时 new 会调用构造函数 delete会调用析构函数，而malloc/free不会

🍟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 ，delete 在底层调用 operator delete

查看汇编可以验证：
//调用如下代码
Complex* cptr = new Complex(1,2);//通过编译器转换为：Complex* cptr;try{void* mem = ::operator new(sizeof(Complex));cptr = static_cast<Complex*>(mem);cptr->Complex::Complex(1,2);}catch(std::bad_alloc){//内存分配失败的时候将不执行构造函数，直接抛出异常}
使用new时，进行了三步操作：

1️⃣调用operator new分配内存

2️⃣编译器对指针做转型

3️⃣调用构造函数
//调用如下代码：
Complex* cptr  = new Complex(1,2);...//do somethingdelete cptr;//通过编译器转化为：cptr->~Complex();::operator delete(cptr);
使用delete时，进行了两步操作：

1️⃣调用析构函数

2️⃣调用operator delete释放内存

再看operator new 和operator delete 的实现：
operator new (std::size_t sz) _GLIBCXX_THROW (std::bad_alloc){void *p;/* malloc (0) is unpredictable; avoid it.  */if (sz == 0)//c++标准要求，即使在请求分配0字节内存时，operator new也要返回一个合法指针sz = 1;while (__builtin_expect ((p = malloc (sz)) == 0, false)){new_handler handler = std::get_new_handler ();//分配不成功，找出当前出错处理函数if (! handler)//如果用户没有定义内存分配错误处理函数，直接抛出bad_alloc异常，否则进入错误处理函数_GLIBCXX_THROW_OR_ABORT(bad_alloc());handler ();}return p;}　void operator delete(void* ptr) _NOEXCEPT{if (ptr)::free(ptr);}
❗可以发现，operator new 实际上也是通过malloc分配空间，operate delete 最终是通过free来释放空间的
‼️new 在申请空间失败时会抛异常，malloc 会返回 NULL

🌮面试题：new/delete 和 malloc/free的区别

1️⃣malloc/free 是函数，new/delete 是操作符

2️⃣malloc申请的空间不会初始化，new申请时可以初始化

3️⃣malloc在申请时需要手动计算空间大小，new只需跟上类型即可，如果是多个则使用[ ]

4️⃣malloc的返回值是void*，使用时需要强转，new不需要

5️⃣malloc申请空间失败时，返回NULL，使用时需要判空，new不需要，因为new需要捕获异常

6️⃣对于自定义类型，malloc/free只会申请/释放空间，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完成资源的清理