C++内存管理new/delete和new[ ]/delete[ ]

1.c/c++内存分布

首先看一段代码

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";
//这里不加const会导致权限的放大，因为指向的内容是不能改的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);
}

选项 : A . 栈 B . 堆 C . 数据段 ( 静态区 ) D . 代码段 ( 常量区 )

staticGlobalVar 在哪里？ __C_

_localVar 在哪里？ __A__ globalVar在哪里？ __C_

_staticVar 在哪里？ __C __num1 在哪里？__A__

char2 在哪里？ _A___ * char2 在哪里？ _A__

pChar3 在哪里？ __A__ * pChar3 在哪里？ _D___

ptr1 在哪里？ __A__ * ptr1 在哪里？ ___B_

(全局变量和静态变量都放在全局区(静态区)
常量放在常量区，全局变量和全局静态变量在主函数之前就创建好了，生命周期在整个程序运行期间都在，局部的静态变量在第一次调用的时候才会创建，数组也在栈上

char2和num1一样是一个数组，char2就是首元素的地址，*char2就是a

const char* pchar3 = "abcd";//这里const修饰的是指向的内容不能修改,但是pchar3可以改变,所以pchar3在栈上，pchar3是一个指针变量，存的常量区字符串abcd\0的地址，指向的常量区，所以*pchar3在常量区，即常量区的a, 如下图所示。

c/c++中程序内存区域划分如下：

① 栈又叫堆栈 -- 非静态局部变量 / 函数参数 / 返回值等等，栈是向下增长的。

② 内存映射段 是高效的 I/O 映射方式，用于装载一个共享的动态内存库。用户可使用系统接口创建共享共享内存，做进程间通信。

③ 堆用于程序运行时动态内存分配，堆是可以上增长的。

④ 数据段 -- 存储全局数据和静态数据。

⑤ 代码段 -- 可执行的代码 / 只读常量。

2.c++内存管理方式

通过new/delete操作内置类型

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。

int main()
{// 内置类型// 除了用法方便，c malloc没什么区别/*int* p1 = new int;int* p2 = new int[10];*/    //前后类型最好匹配// 默认不初始化，但是可以初始化int* p1 = new int(10);//单个对象初始化int* p2 = new int[10]{1,2,3,4};//多个对象初始化//()是初始化 []是个数 再要初始化加{}delete p1;//释放空间，delete是一个操作符delete[] p2;//释放多个对象return 0;
}

new/delete 和 malloc/free 最大区别是 new/delete 对于【自定义类型】除了开空间还会调用构

造函数和析构函数

class A
{
public:A(int a = 0):_a(a){cout << "A(int a)" << endl;}A(int a1, int a2){cout << "A(int a1, int a2)" << endl;}A(const A& aa):_a(aa._a){cout << "A(const A& aa)" << endl;}A& operator=(const A& aa){cout << "A& operator=(const A& aa)" << endl;if (this != &aa){_a = aa._a;}return *this;}~A(){cout << "~A()" << endl;}
private:int _a;
};
int main()
{自定义类型， new才能调用构造初始化，delete才能调用析构 malloc不再适用//A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));//自定义类型malloc出来没有初始化p1->_a = 0;//malloc没有构造//free(p1);//free不会析构开空间/释放空间，还会调用构造和析构//A* p2 = new A;//A* p3 = new A(2);//new可以对自定义类型初始化，这里A(2)不是匿名对象//delete p2;//delete会析构//delete p3;//cout << endl;//A* p4 = new A[10];//十个对象调用十次构造函数A aa1(1);A aa2(2);A aa3(3);A* p4 = new A[10]{aa1, aa2, aa3};//有名对象的方式初始化，三个拷贝，七个默认构造初始化//分别用aa1，aa2，aa3拷贝构造初始化，剩余只会调用默认构造，如果没有默认构造会报错//A* p4 = new A[10]{ 1,2,3,4,5,{6,7}};//new的目的是针对每个对象去调用构造，单参数和多参数均可//1，2，3，4，5，隐式类型转换成A，用1，2，3，4，5生成临时对象，//临时对象再去拷贝构造，被编译器合二为一，相当于直接调构造delete[] p4;//释放掉10个对象，并且每个对象调用析构函数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，而 malloc与 free 不会。

3.operator new与operator delete函数

operator new 和operator delete不是new和delete的重载，这是库里面写好的两个全局函数，实际是malloc和free的封装， 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

#include<stack>
int main()
{// operator new->(malloc) + 构造函数A* p2 = new A;//new开空间还是用malloc去开的// 析构 + operator deletedelete p2;//operator delete 它delete的是p2指向的空间，析构析构的是A对象上资源的清理stack<int>* p3 = new stack<int>;delete p3;return 0;
}

对于

stack<int>p3 =new stack<int>;
delete p3;

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。

throw抛异常，捕获用try，catch

下面是两个抛异常的例子：

double Division(int a, int b)
{// 当b == 0时抛出异常if (b == 0)throw "Division by zero condition!";elsereturn ((double)a / (double)b);
}void Func()
{int len, time;cin >> len >> time;cout << Division(len, time) << endl;
}int main()
{try {Func();}catch(const char* errmsg){cout << errmsg << endl;}catch (...){cout << "unkown exception" << endl;}return 0;
}

当输入time为0时

struct ListNode
{ListNode* _next;int _val;ListNode(int val):_next(nullptr), _val(val){}
};void func()
{// new失败了，抛异常, 只需要在外层进行捕获就可以，不需要再检查返回值,// 异常后程序不会继续往下执行程序，会自动跳到catch处ListNode* n1 = new ListNode(1);//new进行malloc，会调用构造函数进行初始化，不需要写buynewnode函数ListNode* n2 = new ListNode(2);ListNode* n3 = new ListNode(3);int* p1 = new int[100 * 1024 * 1024];int* p2 = new int[100 * 1024 * 1024];int* p3 = new int[100 * 1024 * 1024];int* p4 = new int[100 * 1024 * 1024];int* p5 = new int[100 * 1024 * 1024];int* p6 = new int[100 * 1024 * 1024];n1->_next = n2;n2->_next = n3;delete n1;delete n2;delete n3;
}int main()
{try{func();}catch (const exception& e){cout << e.what() << endl;}return 0;
}

4.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（malloc）

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（只调用一次operator new）

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

注意：new/delete,malloc/free，new[]/delete[]一定要匹配使用

#include<iostream>
using namespace std;class A
{
public:A(int a = 0): _a(a){cout << "A():" << this << endl;}~A(){cout << "~A():" << this << endl;}
private:int _a;
};//结论：不要错配使用，一定匹配使用，否则结果是不确定
int main()
{A* p1 = new A;A* p2 = new A[10];//44 or 40 多开的四个字节用来存对象个数，方便析构的时候知道调用多少次析构函数// 显示写析构就要多开四个字节，没有显示写就不需要//free(p2);//释放的位置不对，free不会往前推移delete[] p2;//把p2前面的四个字节取出来得到析构的次数，然后取p2后面的对象依次去调用析构 //先调析构，再调用operator delete[],operator delete[]调operator delete，operator delete最终调free//free的位置为p2前面的四个字节处，这里free会往前推移是因为delete多开了四个字节//delete p2;//这是也是因为释放的位置不对（应该为p2前面的四个字节处），delete不会往前推移//free(p2);//这里也是释放的位置不对//int* p3 = new int[10];  //40//free(p3);//内置类型交错使用没什么问题return 0;
}

显示写A的析构时，new A[10]开的空间如下：

5.定位new表达式(placement-new)

定位 new 表达式是在 已分配的原始内存空间中调用构造函数初始化一个对象 。

使用格式：

new (place_address) type 或者 new (place_address) type(initializer-list)

place_address 必须是一个指针， initializer-list 是类型的初始化列表

使用场景：

定位 new 表达式在实际中一般是配合内存池使用。因为内存池分配出的内存没有初始化，所以如果是自定义类型的对象，需要使用new 的定义表达式进行显示调构造函数进行初始化。

int main()
{//A* p1 = new A;//这一行等价于  A* p1 = (A*)operator new(sizeof(A)); 和//new(p1)A;//这两行指令A* p1 = (A*)operator new(sizeof(A));//malloc和operator new开的不会调用构造，operator new 如果开辟失败会抛异常//p1->A(); // 不支持这样显示调用构造//new(p1)A;  // 对已有空间，显示调用构造new(p1)A(10);  // 对已有空间，显示调用构造，同时初始化//A* p1 = pool.alloc(sizeof(A));//new(p1)A(10);  // 对已有空间，显示调用构造// delete p1 等价于下面两行p1->~A();//可以显示调用析构operator delete(p1);// new []A* p2 = (A*)operator new[](sizeof(A)*10);//new(p2)A[10]{1,2,3,4};  // 对已有空间，显示调用构造for (int i = 0; i < 10; ++i)new(p2 + i)A(i);// delete[]for (int i = 0; i < 10; i++){(p2 + i)->~A();}operator delete[](p2);return 0;
}