【C++初阶】内存管理

一.C语言中的动态内存管理方式

二.C++中的内存管理方式

1.new/delete操作内置类型

2.new和delete操作自定义类型

3.浅识抛异常（内存申请失败）

4.new和delete操作自定义类型

三.new和delete的实现原理

1.内置类型

2.自定义类型

一.C语言中的动态内存管理方式

void Test()
{int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int));free(p1);// 1.malloc/calloc/realloc的区别是什么？int* p2 = (int*)calloc(4, sizeof(int));int* p3 = (int*)realloc(p2, sizeof(int) * 10);// 这里需要free(p2)吗？free(p3);
}

答：不需要，realloc分为原地扩容和异地扩容，原地扩容的话返回一个指针，所以p3和p2是相等的；异地扩容的话会将原来的空间自动free掉。

二.C++中的内存管理方式

C语言内存管理方式在C++中可以继续使用，但有些地方就无能为力，而且使用起来比较麻烦，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。

1.new/delete操作内置类型

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10int* ptr5 = new int(10);// 动态申请10个int类型的空间int* ptr6 = new int[3];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[]，注意：匹配起来使用。

2.new和delete操作自定义类型

C语言写法建立结点

struct ListNode* CreateListNode(int val)
{struct ListNode* newnode = (struct ListNode*)malloc(sizeof(struct ListNode));if (newnode == NULL){perror("malloc fail");return NULL;}newnode->_next = NULL;newnode->_val = val;return newnode;
}

C++建立结点

struct ListNode
{ListNode* _next;int _val;ListNode(int val):_next(nullptr),_val(val){}
};
int main()
{//自定义类型，开空间+构造函数;new失败了以后抛异常，不需要手动检查ListNode* node1 = new ListNode(1);ListNode* node2 = new ListNode(2);ListNode* node3 = new ListNode(3);return 0;
}

C++手撕一个链表

// 创建的不带哨兵位
ListNode* CreateList(int n)
{ListNode head(-1);  // 哨兵位ListNode* tail = &head;int val;printf("请依次输入%d个节点的值：>", n);for (size_t i = 0; i < n; i++){cin >> val;tail->_next = new ListNode(val);tail = tail->_next;}return head._next;
}
int main()
{ListNode* list1 = CreateList(5);return 0;
}

3.浅识抛异常（内存申请失败）

void func()
{int n = 1;while (1){int* p = new int[1024 * 1024 * 100];cout << n << "->" << p << endl;++n;}
}
int main()
{func();return 0;
}

C语言内存申请失败

对比发现C语言申请失败返回0需要检查,而C++不需要检查，直接抛异常。

4.new和delete操作自定义类型

class A
{
public:A(int a = 0): _a(a){cout << "A():" << this << endl;}~A(){cout << "~A():" << this << endl;}
private:int _a;
};class Stack
{
public:Stack(){_a = (int*)malloc(sizeof(int) * 4);_top = 0;_capacity = 4;}~Stack(){free(_a);_top = _capacity = 0;}
private:int* _a;int _top;int _capacity;
};int main()
{//int* p1 = (int*)operator new(10 * 4);A* ptr1 = new A;  // operator new + 1次构造A* ptr2 = new A[10]; // operator new[] + 10次构造//cout << sizeof(A) << endl;delete ptr1; // 1次析构 + operator deletedelete[] ptr2; // 10次析构 + operator delete[]Stack* pst = new Stack;delete pst;int* p1 = new int[10];return 0;
}

注意：在申请自定义类型的空间时，new会调用构造函数，delete会调用析构函数（先掉析构函数再释放内存），而malloc与 free不会。

三.new和delete的实现原理

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.自定义类型

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:

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

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