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前言

本章要介绍的是动态内存管理：

• 我们的定义的变量，储存位置在哪？
• C动态内存管理方式：malloc/calloc/realloc/free
• C++动态内存管理方式：new/delete
• operator new与operator delete函数
• new和delete的实现原理
• 定位new表达式

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内存管理

数据存储位置

不妨先来看看以下代码：看自己能否分清楚？

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？____   staticGlobalVar在哪里？____staticVar在哪里？____   localVar在哪里？____num1 在哪里？____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) = ____;

答案如下：

如果有困难的话，就可以往下看了。

需要存储的一些数据它的存储方式如下：

int globalVar = 1;					//全局变量
static int staticGlobalVar = 1;		//静态变量void Test(){static int staticVar = 1;			//静态变量int localVar = 1;					//局部变量int num1[10] = { 1, 2, 3, 4 };		//数组 在哪声明 内容就在哪char char2[] = "abcd";				//数组 在哪声明 内容就在哪const char* pChar3 = "abcd";		//指针数组 指针在声明，指向内容在常量区int* ptr1 = (int*)malloc(sizeof(int) * 4);//指针在栈上 指针内容在堆上int* ptr2 = (int*)calloc(4, sizeof(int));int* ptr3 = (int*)realloc(ptr2, sizeof(int) * 4);free(ptr1);free(ptr3);}

C语言动态内存管理方式

C语言的动态内存管理方式，我们其实已经了解了：malloc/calloc/realloc/free。就不过多介绍了，通过一个面试题来测试下自己的掌握情况： 【面试题】malloc/calloc/realloc的区别？

C++动态内存管理方式：new/delete

1. 内置类型：

void Test1()
{//malloc~free// 动态申请一个int类型的空间int* ptr1 = (int*)malloc(sizeof(int));//动态申请一个int类型的空间并初始化为10int* ptr2= (int*)malloc(sizeof(int));if (ptr2 != NULL)*ptr2 = 10;// 动态申请10个int类型的空间int* ptr3 = (int*)malloc(sizeof(int)*10);free(ptr1);free(ptr2);free(ptr3);//new~delete// 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10int* ptr5 = new int(10);// 动态申请10个int类型的空间int* ptr6 = new int[3];//动态申请4个int类型的空间并初始化为1,2，3,4int* ptr7=new int[4]{1,2,3,4};delete ptr4;delete ptr5;delete[] ptr6;delete[] ptr7;
}

其实不难发现malloc和new在内置类型上都只是开辟空间，差别其实不大，最多就是多写几行代码。

2. 自定义类型：

class A
{
public:A(int a = 0): _a(a){cout << "A():" << this << endl;}~A(){cout << "~A():" << this << endl;}
private:int _a;
};
void Test2()
{//new~delete除了开辟空间，还会调用自定义类型的构造和析构函数。A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));A* p2 = new A(1);free(p1);delete p2;
}

从上方反汇编代码，我们可以清楚的看到，new调用了构造函数而delete调用了析构函数。而malloc和free并不会，这也是new和malloc的最大区别。

operator new与operator delete函数

那为什么有这样的区别呢？C语言过渡到C++，malloc到new，这会不会有什么关联呢？答案是肯定的。

1.new和delete是用户进行动态内存申请和释放的操作符
2. operator new 和operator delete是系统提供的全局函数
3.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。
4. operator new底层是mallocl来申请空间的，operator delete底层也是通过free来释放空间的

我们进入封装内容看下：

不信，我们来看看operator new代码呗：

//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 bytesvoid* 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_FINALLYreturn;
}
/*
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

new和delete的实现原理

• 整体过程：
  
  new的实现：
• 开辟空间：调用operator new 开辟空间，开辟的是自定义类型大小的空间；
• 构造函数：主要是申请资源，也就是_array的空间申请；
  
  delete的实现:
• 析构函数：先释放_array申请的资源；
• 释放空间：然后调用operator delete释放自定义类型空间;
  

补充：

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

定位new表达式（了解）

注意：这已经不是new了，而是new这个关键字的一个用法

new可以显示调用构造函数和析构函数，以下代码为定位new来模拟new和delete的实现过程。

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)); //开辟空间new(p2)A(10);	//显式调用构造函数p2->~A();		//显式调用析构函数operator delete(p2); 				 //释放空间return 0;
}

常见面试题

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：

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

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总结

本节主要是介绍空间内的存储，以及一些管理动态内存的方法。最重要的是new和delete的用法以及它的原理。

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