C/C++内存管理(2):`new`和`delete`的实现原理

newdelete操作自定义类型

class Stack
{
public:Stack(int capacity = 3):_top(0), _capacity(capacity){cout << "Stack(int capacity = 3)" << endl;_a = new int[capacity];}~Stack(){cout << "~Stack()" << endl;delete _a;_top = _capacity = 0;}
private:int* _a;int _top;int _capacity;
};int main()
{Stack* s1 = new Stack;delete s1;return 0;
}

  • new:开对象空间+调用构造函数
  • delete:调用析构函数+释放对象空间

一、operator newoperator delete函数

1.1

operator newoperator delete是系统提供的全局函数new通过调用operator new申请空间,delete通过调用operator delete释放空间

int main()
{Stack* s1 = (Stack*)operator new(sizeof(Stack));operator delete(s1);return 0;
}

实际上,operator new通过malloc申请空间,operator delete通过free释放空间

二、newdelete实现原理

2.1 内置类型

申请内置类型空间时,new/deletemalloc/free基本类似。

new/delete申请和释放的是单个元素的空间,new[]/delete[]申请和释放的是连续空间。new申请失败会抛异常,malloc则返回NULL

2.2 自定义类型

T为某一种类

  • new T1. 调用operator new函数申请空间 2. 在已申请空间上调用构造函数,完成对象的构造。
  • delete1. 调用析构函数,完成对象资源清理 2. 调用operator delete 释放空间。
  • new T[N]1. 调用operator new[] 2.operator new[]过程中,实际调用operator new完成对 N 个对象空间的申请 3. 在申请的空间上执行 N 次构造
  • delete[]1. 在申请空间上完成 N 次析构 2. 调用operator delete[] 3. 实际调用operator delete释放空间

三、定位new表达式

3.1 概念

定位new表达式,指在已分配的内存空间上调用构造函数初始化对象

格式: new(地址)type(已有默认构造可以不传参)或 new(地址)type(初始化列表)

int main()
{Stack* s1 = (Stack*)operator new(sizeof(Stack));new(s1)Stack(2);// new(地址)type(初始化列表)delete s1;return 0;
}

四、总结malloc/freenew/delete的区别

共同点:

都是从堆上申请空间,且需要用户手动释放。

4.1 用法上
  1. malloc/free是函数,new/delete是操作符
  2. malloc申请的空间无法初始化,new可以初始化。
  3. malloc申请空间时需要手动计算大小并传递;new只需要+申请空间的类型即可,多个对象,在[]中指明个数。
  4. malloc的返回值类型是void*,需要强制转换,new不需要。
  5. malloc申请空间失败返回NULL,需要 ”判空 “;new需要捕获异常。
4.2 原理上
  1. 申请自定义类型空间时,malloc/free不会调用构造函数和析构函数;new/delete可以。

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