详细说明 C++内存管理

C++内存管理核心摘要

​核心​：优先用new/delete（尤其自定义类型），严格匹配使用（new[]配delete[]）。

目录

前言

一个小练习

1、C++内存管理方式

1.1 new/delete操作内置类型

1.2 new和delete操作自定义类型

2、 operator new与operator delete函数

2.1 operator new与operator delete函数（重点）

3、 new和delete的实现原理

3.1 内置类型

3 .2 自定义类型

3.2.1 new的原理

3.2.2 delete的原理

3.2.3 new T[N]的原理

3.2.4 delete[]的原理

4、 malloc/free和new/delete的区别

前言

一个小练习

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);
}

globalVar在哪里？                  静态区

staticGlobalVar在哪里？         静态区

staticVar在哪里？                   静态区

localVar在哪里？                    栈

num1 在哪里？                       栈

char2在哪里？                        栈

*char2在哪里？                      栈

pChar3在哪里？                     栈

*pChar3在哪里？                   常量区

ptr1在哪里？                          栈

*ptr1在哪里？                         堆

tips：这样写纯是为了考你，没有意义比如pChar3存在栈里面出了栈就销毁，但pChar3指向的数据是常量区的不会被销毁，那么出了test根本不能访问其中数据，pChar3本身就没有存在意义了

1、C++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。

1.1 new/delete操作内置类型

int main()
{
// 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10
int* ptr5 = new int(10);

// 动态申请3个int类型的空间
int* ptr6 = new int[3];
int* ptr7 = new int[3]{ 1,2,3 };
int* ptr8 = new int[5]{ 1,2,3 };

delete ptr4;
delete ptr5;
delete[] ptr6;

return 0;
}

1.2 new和delete操作自定义类型

class A
{
public:
A(int a = 1)
: _a(a)
{
cout << "A():" << this << endl;
}
~A()
{
cout << "~A():" << this << endl;
}
private:
int _a;
};

struct ListNode
{
int _val;
ListNode* _next;

ListNode(int val)
:_val(val)
, _next(nullptr)
{}
};

int main()
{
// 只申请空间
A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));

// 申请空间+构造函数
A* p2 = new A(1);
A* p3 = new A;

// 只释放空间
free(p1);

// 析构函数 + 释放空间
delete p2;
delete p3;

// 申请空间 + 10次构造函数
A* p6 = new A[10];
delete[] p6;

A aa1(1);
A aa2(2);
//A* p7 = new A[10]{aa1, aa2};
A* p7 = new A[10]{ 1, 2 };//隐式类型转换
delete[] p7;

ListNode* n1 = new ListNode(1);
ListNode* n2 = new ListNode(2);
ListNode* n3 = new ListNode(3);
ListNode* n4 = new ListNode(4);
n1->_next = n2;
n2->_next = n3;
n3->_next = n4;

return 0;
}

2、 operator new与operator delete函数

2.1 operator new与operator delete函数（重点）

new和delete是用户进行动态内存申请和释放的操作符，operator new 和operator delete是 系统提供的全局函数，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。

/*
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
*/
void* __CRTDECL operator new(size_t size) _THROW1(_STD bad_alloc)
{
// try to allocate size bytes
void* 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_FINALLY
return;
}
/*
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。

3、 new和delete的实现原理

3.1 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。

3 .2 自定义类型

3.2.1 new的原理

3.2.2 delete的原理

3.2.3 new T[N]的原理

3.2.4 delete[]的原理

4、 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：