c＋＋初阶知识——内存管理与c语言内存管理对比

目录

前言：

1.c＋＋内存管理方式

1.1 new和delete操作自定义类型 

2.operator new与operator delete函数 

2.1 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

new的原理

delete的原理

new T[N]的原理

delete[]的原理

4. 定位new表达式(placement-new) （了解）

7.malloc/free和new/delete的区别 

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前言：

     我们在c语言模块已经学过了关于内存管理的知识，其中c语言最具特点的内存管理就是有关于动态内存管理部分。假设我们需要一个在需要时扩大的数组，又尽可能保证内存不浪费就会用到malloc，realloc，calloc函数，使用malloc和calloc函数可以从堆上开辟一块内存供我们使用，而当我们开辟的内存不够时，可以使用realloc函数对这块内存扩容，当我们不用时，需要手动将这块内存释放，这时就会用到free函数，使用free手动将这块内存释放，如果不释放的话，这块空间会在程序结束时系统自动释放，但是在实际开发中不释放极易造成内存泄漏的情况。而在c＋＋中，又创造了几个关于动态内存的函数，其本质是对c语言中这类函数功能的优化。

1.c＋＋内存管理方式

   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，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。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 #include<iostream> using namespace std; int main() { 	// 动态申请一个int类型的空间 	int* p = new int;  	// 动态申请10个int类型的空间 	int* arr = new int[10];  	// 动态申请一个int类型的空间并初始化为10 	int* p2 = new int(10); 	cout << *p2 << endl;  	delete p; 	delete p2; 	delete[] arr; 	//使用delete释放我们申请的空间 	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。 

1.1 new和delete操作自定义类型 

class A { public: A(int a = 0) : _a(a) { cout << "A():" << this << endl; } ~A() { cout << "~A():" << this << endl; } private: 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。   4. operator new与operator delete函数（重要点进行讲解） 4.1 operator new与operator delete函数（重点） 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。 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)); // C 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; }

2.operator new与operator delete函数 

2.1 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。

 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)); // C 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; } /* 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);     } 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。   5. new和delete的实现原理 5.1 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。 5.2 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 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。 

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[]申请和释放的是连续空间，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）先调用operate new在堆上申请空间

（2）在申请的空间上构造函数，完成对象的构造

delete的原理

（1）在申请的空间中执行析构函数，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次析构函数，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) （了解）

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是类型的初始化列表.

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构造函数进行初始化。

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

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和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的返回值为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，不会调用构造函数与析构函数，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
空间中资源的清理释放