详解C&C++内存管理（new和delete）
文章目录
- 写在前面
- 1. C&C++内存分布
- 2. C语言中动态内存管理方式：malloc/calloc/realloc/free
- 3. C++内存管理方式（语法）
-
- 3.1 new/delete操作内置类型
- 3.2 new和delete操作自定义类型
- 4. new和delete的实现原理
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- 4.1 operator new与operator delete函数
- 4.2 实现原理
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- 4.2.1 内置类型
- 4.2.2 自定义类型
- 5. 定位new表达式(placement-new)(了解)
写在前面
本篇文章先讨了C/C++程序中的内存分布，并简单介绍了各个内存段的作用和特点。在此基础上，又着重讨论了C语言和C++语言中的动态内存管理方式，包括malloc()、free()等C语言函数以及new和delete等C++语言操作符。进一步探讨了operator new和operator delete函数在C++中的作用和使用方式，并揭示了new和delete的实现原理。最后，对定位new表达式（placement-new）进行了解析，介绍了它在特定场景下的应用及实现原理。
1. C&C++内存分布
上面图片介绍了C/C++程序中的内存分布，并详细介绍了各个内存段的作用和特点。
下面我们通过一段代码和相关问题，来深入理解C/C++程序中的内存分布。
int globalVar = 1;
static int staticGlobalVar = 1;
void Test()
{
static int staticVar = 1;
int localVar = 1;
int num1[10] = { 1, 2, 3, 4 };
char char2[] = "abcd";
const char* pChar3 = "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);
/* 1. 选择题：
选项: A.栈 B.堆 C.数据段(静态区) D.代码段(常量区)
globalVar在哪里？__c__ staticGlobalVar在哪里？__c__
staticVar在哪里？__c__ localVar在哪里？__a__
num1 在哪里？__a__
char2在哪里？____ *char2在哪里？___
pChar3在哪里？____ *pChar3在哪里？____
ptr1在哪里？____ *ptr1在哪里？____
2. 填空题：
sizeof(num1) = ____;
sizeof(char2) = ____; strlen(char2) = ____;
sizeof(pChar3) = ____; strlen(pChar3) = ____;
sizeof(ptr1) = ____;
3. sizeof 和 strlen 区别？
}*/
2. C语言中动态内存管理方式：malloc/calloc/realloc/free
C语言中动态内存管理方式：malloc/calloc/realloc/free的详细介绍，有兴趣的读者可以参考之前写的文章：动态内存管理（malloc calloc realloc free）— C语言[点击蓝色字体跳转]，这里就不在赘述。
3. C++内存管理方式（语法）
C语言内存管理方式在C++中可以继续使用，但有些地方就无能为力，而且使用起来比较麻烦。例如：在C语言中使用 malloc 和 free 进行内存分配和释放时，需要手动计算申请内存空间的大小，并且需要对返回值进行强制类型转换，容易出错。
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。在C++中，它们不仅可以用于内置类型（例如 int、double 等），还可以用于自定义类型（例如类、结构体等）。下面我们来一一介绍。
3.1 new/delete操作内置类型
int main()
{
// 动态申请一个int类型的空间
int* pa = new int;
// 动态申请一个int类型的空间并初始化为10
int* pb = new int(10);
// 动态申请10个int类型的空间
int* nums1 = new int[10];
// 动态申请10个int类型的空间,并用{1, 2, 3, 4}初始化，不完全初始化，剩下的默认初始化为0。
int* nums2 = new int[10] {1, 2, 3, 4};
delete pa;
delete pb;
delete[] nums1;
delete[] nums2;
return 0;
}
注意：申请和释放单个元素的空间，使用new和delete操作符，申请和释放连续的空间，使用new[]和delete[]，注意：匹配起来使用。
3.2 new和delete操作自定义类型
class A
{
public:
A(int a = 0)
:_a(a)
{
cout << "A(int a = 0)" << endl;
}
~A()
{
cout << "~A()" << endl;
}
private:
int _a;
};
int main()
{
//malloc 和 new 最大的区别是对于自定义类型除了会开空间以外，new 还会调用构造函数完成对对象的初始化
A* pa1 = new A;
A* pa2 = (A*)malloc(sizeof(A));
//free 和 delete 最大的区别是对于自定义类型除了会释放空间以外，还会调用析构函数来完成对对象中资源的清理
delete pa1;
free(pa2);
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。 new/delete 和 malloc/free对于内置类型 是几乎是一样的，只是用法不同罢了。
4. new和delete的实现原理
4.1 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。
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 最终是通过free来释放空间的。
operator new 和operator delete是系统提供的全局函数，因此可以显示的调用，平常不会这样使用（了解）。
4.2 实现原理
4.2.1 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[]申请和释放的是连续空间。
-
new在申请空间失败时会抛异常，malloc会返回NULL。
4.2.2 自定义类型
new的原理：
- 调用operator new函数申请空间。
- 在申请的空间上执行构造函数，完成对象的构造。
delete的原理：
- 在空间上执行析构函数，完成对象中资源的清理工作。
- 调用operator delete函数释放对象的空间。
new T[N]的原理：
- 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。
- 在申请的空间上执行N次构造函数。
delete[]的原理：
- 在释放的对象空间上执行N次析构函数，完成N个对象中资源的清理。
- 调用operator delete[]释放空间，实际在operator delete[]中调用operator delete来释放空间。
5. 定位new表达式(placement-new)(了解)
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构造函数进行初始化。
至此，本片文章就结束了，若本篇内容对您有所帮助，请三连点赞，关注，收藏支持下。
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