C/C++的内存管理(2)——new与delete的内核与本质

内存管理

  • operator new 与 operator delete函数
  • 回看new与delete的实现
    • 内置类型
    • 自定义类型
  • 常见面试题

我们已经知道了new与delete的用法及其好处,发现它似乎与C语言中的动态内存开辟的函数(malloc/calloc/realloc)不同
在这里我们特别指出: new与delete的本质是操作符并不是函数!!
下面我们一一具体来看看new与delete到底是什么?

operator new 与 operator delete函数

operator new与operator delete是C++中提供的全局函数;
new的底层通过调用operator new函数来进行申请空间
我们不妨来分别看看new底层汇编码:在这里插入图片描述
确实new的底层会调用operator new函数,其中new[]会调用operator new[](本质上最后还会去调用operator new),那同学们会好奇operator new的底层又是什么呢?不妨继续看看operator new的反汇编:在这里插入图片描述
我们发现operator new会调用malloc,至此我们绕了个大圈发现new本质上就是malloc,我们之所以要用operator进行封装就是因为malloc无法抛异常,operator new将抛异常的操作封装了起来。
实质上new的底层如下图:
在这里插入图片描述
那delete的底层和new类似,通过operator delete函数来进行空间的释放,需要注意的点是delete会先调用析构函数然后再调用operator delete以防止内存泄漏问题。在这里插入图片描述

回看new与delete的实现

内置类型

对于内置类型,new与delete的功能与malloc/free的功能基本一致,new与delete表示开辟与是放单个空间;new[]表示申请的是连续的一段空间,因此对于内置类型释放空间时采用delete与delete[]的效果一样都是释放一整段空间(因为空间属于连续开辟的)
在这里插入图片描述

自定义类型

对于自定义类型由于需要调用构造函数与析构函数,因此new与new[]、delete与delete[]会有更大的区别,new[]会在必要时在头部多开辟四个字节的空间以存储[]内的值,具体如下:

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

delete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

newT[]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[]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

对于自定义类型(尤其是有析构函数的自定义类型)不能用new[]开辟空间,然后用delete来释放空间:在这里插入图片描述
这是因为若自定义类型有析构函数,那delete只调用一次析构函数释放单独的一块空间,而申请的空间是连续的一整块空间,不能单独释放其中的一部分(和malloc类似)。在这里插入图片描述
因此开辟与释放空间尽量配套使用!!!,不匹配结果不确定。

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
    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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