【C++】内存管理

1.回顾C中动态管理内存的方式

2.C++内存管理

[2.1 new/delete操作符](#2.1 new/delete操作符)

[2.1.1 操作内置类型](#2.1.1 操作内置类型)

[2.1.2 操作自定义类型](#2.1.2 操作自定义类型)

[2.2 operator new 和 operator delete 函数](#2.2 operator new 和 operator delete 函数)

[2.3 new/delete 实现原理](#2.3 new/delete 实现原理)

2.3.1内置类型

[2.3.2 自定义类型](#2.3.2 自定义类型)

[2.4 定位new表达式(placement-new)](#2.4 定位new表达式(placement-new))

[2.4.1 new的写法](#2.4.1 new的写法)

[2.4.2 析构的写法](#2.4.2 析构的写法)

3.malloc/free和new/delete的区别

1.回顾C中动态管理内存的方式

|---------------|--------------------------|-------------------|------------------|
| malloc | malloc(size) | 不初始化（内容随机垃圾值） | 分配原始内存块 |
| calloc | calloc(count, size) | 初始化为 0 | 分配并清零内存（适合数组） |
| realloc | realloc(ptr, new_size) | 保持原有数据不变 | 调整已有内存块大小（扩展或缩小) |

2.C++内存管理

C语言内存管理方式在C++中可以继续使用，但有些地方使用起来比较麻烦，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。

2.1 new/delete操作符

2.1.1 操作内置类型

cpp 复制代码

void Test()
{
     // 动态申请一个int类型的空间
     int* ptr4 = new int;
 
     // 动态申请一个int类型的空间并初始化为10
     int* ptr5 = new int(10);
 
     // 动态申请10个int类型的空间
     int* ptr6 = new int[10];

     delete ptr4;
     delete ptr5;
     delete[] ptr6;
}

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\[\]。

2.1.2 操作自定义类型

基本和操作内置类型差不多，但与malloc/free最大不同的是，对于自定义对象，new/new\[\]会自动调用构造函数，delete/delete\[\]会自动调用析构函数。

cpp 复制代码

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

    ~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)); // C
    int* p4 = new int;
    free(p3);
    delete p4;

    A* p5 = (A*)malloc(sizeof(A)*10);
    A* p6 = new A[10]; //分配内存 + 遍历构造
    free(p5);
    delete[] p6; // 遍历析构 + 释放内存
    return 0;
}

2.2 operator new 和 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。

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，如果应对措施用户设置了，则继续申请，否则抛异常。

cpp 复制代码

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

cpp 复制代码

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;
}

2.3 new/delete 实现原理

2.3.1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。

2.3.2 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

2.4 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是类型的初始化列表

2.4.1 new的写法

cpp 复制代码

#include <new>  // 必须包含此头文件

// 1. 先准备一块原始内存（可以是堆、栈、静态区、共享内存）
char buffer[sizeof(MyClass)];  // 栈上数组

// 或
void* pool = malloc(sizeof(MyClass));  // 堆上分配

// 2. 在这块内存上定位构造对象
MyClass* p = new (buffer) MyClass();    // buffer 是地址，也可以是任意 void* 指针

// 或
MyClass* p = new (pool) MyClass(构造参数...);

2.4.2 析构的写法

必须手动调用析构 ，因为定位 new 没有使用堆分配器，所以 绝对不能使用delete，否则会试图释放一块不属于堆管理器的内存（导致崩溃）。

cpp 复制代码

// 1. 手动调用析构函数（释放对象持有的内部资源）
p->~MyClass();

// 2. 释放原始内存（如果原始内存是堆上分配的）
free(pool);  
// 或
 delete[] buffer（如果是栈上分配的则无需操作）

3.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：

malloc和free是函数，new和delete是操作符
malloc申请的空间不会初始化，new可以初始化
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。
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
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。
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