C++语言第五章内存管理

C语言中，支持程序员使用一些函数在堆上进行动态的内存管理，C++中也同样支持动态的内存管理。不过它的管理方式与C语言有一些不同，本文就来介绍C++中有关动态内存管理的知识。

5.1C++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。

5.1.1内置类型的管理

在C++中可以使用new/delete在堆上申请内存并用于存放内置类型。使用方式如下

cpp 复制代码

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
	int* ptr1 = new int;  //动态申请一个int类型的空间，不进行初始化为随机值
	int* ptr2 = new int(1);  //动态申请一个int类型的空间并初始化为10
	delete ptr1;  //使用完之后记得使用delete进行释放
	delete ptr2;
	return 0;
}

可以一次一个变量的申请，也可以一次申请多个变量，用法如下，不过需要注意的是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[]。一定匹配起来使用，否则有些程序在运行时会崩溃！

cpp 复制代码

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
	int* ptr3 = new int[5] {1, 2, 3, 4, 5};  //使用具体数据进行初始化
	int* ptr4 = new int[5];  //不进行初始化全部为随机值
	delete[] ptr3;  //进行内存释放时要加上[]，匹配使用
	delete[] ptr4;
	return 0;
}

通过调试窗口可以观察到数据是否初始化成功

5.1.2自定义类型的管理

使用new/delete也可以对自定义类型进行动态的内存管理。与C语言中使用malloc/free去管理内存不同的是，使用new/delete管理内存时，会自动调用该自定义类型的构造函数与析构函数，下面的代码进行了演示

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <stdlib.h>
using namespace std;
class A
{
public:
	A (int a = 1)
	{
		cout << "A(int a)" << endl;
	}
	~A()
	{
		cout << "~A()" << endl;
	}
private:
	int _a;
};
int main()
{
	A* ptr5 = new A[5];
	delete[] ptr5;
	A* ptr6 = (A*)malloc(sizeof(A) * 5);
	free(ptr6);
	return 0;
}

运行结果

5.2new和delete的底层原理

new和delete是C++中的关键字，但在使用时，实际上是调用operator new和operator delete这两组函数实现的。而这两组函数的实现，实际上还是用的C语言中的malloc函数和free函数进行实现。下面的代码是operator new和operator delete两组函数的实现代码，读者可以自行观看一下

cpp 复制代码

/*
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)

5.3new和delete的实现原理

本节来介绍一下new和delete具体的实现原理。

5.3.1内置类型的实现

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。

5.3.2自定义类型的实现

•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.在空间上执行析构函数，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。

5.4C/C++动态内存管理方式对比

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。

C++语言第五章 内存管理

5.1C++内存管理方式

5.1.1内置类型的管理

5.1.2自定义类型的管理

5.2new和delete的底层原理

5.3new和delete的实现原理

5.3.1内置类型的实现

5.3.2自定义类型的实现

5.4C/C++动态内存管理方式对比

C++语言第五章内存管理