C++的内存管理

引言：回顾malloc

C语言的内存管理有malloc，calloc，realloc，free。

前三者的区别分别是：

申请申请+初始化为0 扩容

malloc的原理：先向操作系统申请一大块堆内存，在其中维护空闲块链表（每块带header记录着大小和状态），malloc(n)遍历链表，使用first-fit策略寻找合适的块并返回。

C++对上述进行了改进，使用 new / delete操作符进行动态内存管理。

new / delete

基本用法

cpp 复制代码

int main() 
{
    int* ptr = new int; //动态申请int类型的空间
    int* ptr1 = new int(10); //动态申请并初始化为10
    int* ptr2 = new int[10]; //申请连续的10个int空间
    int* ptr3 = new int[10]{ 1,2,3,4,5,6,7,8,9,0 }; //申请连续空间并初始化

    delete ptr;
    delete ptr1;
    delete [] ptr2; // new 的[] 一定要和 delete对应
    delete[] ptr3;

    return 0;
}

关于为什么delete要加 \[\] 的问题

原因与new为何无需手动计算大小有关。

简单来说，new申请的空间的头部会留有一个整形用于存储元素个数，如果在delete的时候，不加 \[\] ，delete就会进行单对象处理，或者从错误的地址开始释放。

new / delete 和 malloc / free 的区别

new / delete与 malloc / free 最大的区别体现在对自定义类类型的操作上。

new / delete对自定义类型操作时，会分别调用其构造函数和析构函数。

cpp 复制代码

class test3
{
private:
    int _a;

public:
    test3(int a = 0)
        :_a(a)
    {
        cout << "调用test3的构造函数" << endl;
    }
    
    ~test3()
    {
        cout << "调用test3的析构函数" << endl;
    }
};
int main() 
{
    test3* ptr1 = (test3*)malloc(sizeof(test3));
    test3* ptr2 = new test3;

    delete ptr2;
    free(ptr1);


    return 0;
}

输出结果为：

operator new / operator delete

operator new / operator delete是系统提供的全局函数，new / delete的底层便是调用它们。而operator new 也是分别使用 malloc 来申请空间的，不会调用构造函数，失败时抛异常。

operator delete 最终通过free释放空间。

至此，new / delete的底层原理就显而易见了。

对于自定义类型，new 分为两步：

1.使用operator new 申请空间

2.调用构造函数

delete：

1.调用析构函数

2.使用operator delete

定位new表达式：placement-new

placement-new是对一个已分配的内存空间中调用构造函数初始化一个对象。

比如，你用malloc申请了一块空间，你想在上面初始化对象，但是构造函数无法像普通的成员函数那样，通过malloc返回的指针调用，它只在创建对象时，由编译器调用，所以我们得使用定位new表达式

格式如下：

cpp 复制代码

int main() 
{
    test3* ptr = (test3*)malloc(sizeof(test3)); //空间已分配，但是没有对象
    new(ptr)test3; // 调用构造函数 格式：new(地址)类型
    ptr->~test3();
    free(ptr);
    return 0;
}

总结：malloc / free 与 new / delete 的区别

1.malloc不会调用构造函数，new会

2.malloc默认返回void*，需强转， new不用

3.malloc需要手动计算大小，new只需传类型，多个时只需指明个数

4.malloc是函数，new是操作符

5.malloc失败时，返回NULL，因此必须判空，而new是抛异常

6.malloc空间无法自动初始化，new可以