目录
C/C++内存分布
牛刀小试
C语言动态内存管理
C++动态内存管理
对于内置类型
对于自定义类型
operator new与operator delete函数
new与delete的实现原理
对于内置类型
对于自定义类型
对于调用析构函数的理解
定位new表达式
总结
malloc/free和new/delete的区别
文章导读
本章我们将学习C++的内存分配与动态内存管理。理解new/delete的用法与实现的原理，并简单了解定位new表达式。
正文
C/C++内存分布
在C语言阶段，我们已经学习过内存分布，认识了什么是堆、堆栈、静态区、常量区等。如下图
我们再次认识一下这几个区域：
栈：又叫堆栈，主要存放非静态局部变量、函数参数、返回值等等，栈是向下增长的；
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。（Linux系列文章中有讲解）；
堆：用于程序运行时动态内存分配，堆是可以上增长的；
数据段：存储全局数据和静态数据；
代码段：存储可执行的代码与只读常量；
牛刀小试
我们可以通过以下测试例题来检验自己是否还清晰的记得C语言内存分配的知识。
🌼测试例题
#include<stdio.h> #include<stdlib.h> 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); }
选择题：
选项: A.栈 B.堆 C.数据段(静态区) D.代码段(常量区)
globalVar在哪里？____ staticGlobalVar在哪里？____
staticVar在哪里？____ localVar在哪里？____
num1在哪里？____
char2在哪里？____ *char2在哪里？___
pChar3在哪里？____ *pChar3在哪里？____
ptr1在哪里？____ *ptr1在哪里？____
填空题：
sizeof(num1) = ____; sizeof(char2) = ____;
strlen(char2) = ____; sizeof(pChar3) = ____;
strlen(pChar3) = ____;sizeof(ptr1) = ____;
🌼答案
从左至右，从上至下给出：
CCCAA AAADAB 40 5 4 4/8 4 4/8
C语言动态内存管理
C语言动态内存管理在我之前的文章中已经详细介绍过
C++动态内存管理
C++在C语言的基础上引进了新的动态内存管理的方式——通过new和delete操作符进行动态内存管理。
对于内置类型
对于内置类型。new/delete与malloc/free几乎是一样的。
- 动态申请一个
int类型的空间；
//int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int)); //C int* p1 = new int; //C++
- 动态申请一个
int类型的空间并初始化为10；
int* p2 = new int(10); cout << *p2 << endl;
- 动态申请
10个int类型的空间;
int* p3 = new int[10];
- 释放空间
//free(p1) //C //释放单个元素的空间 delete p1; delete p2; //释放多个元素的空间 delete[] p3;
对于自定义类型
对于自定义类型，new/delete与malloc/free的最大区别是 new/delete对于自定义类型除了申请/释放空间还会调用对应的构造函数与析构函数。
class A { public: A() { cout << "A()" << endl; } ~A() { cout << "~A()" << endl; } private: int _a; };
- malloc与free
A* p4 = (A*)malloc(sizeof(A)); free(p4);
- new与delete
A* p5 = new A; delete p5;
operator new与operator delete函数
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。
🍁那么operator new与operator delete又是什么呢？
operator new其实是对malloc进行封装后的产物；
之前我们使用malloc函数申请空间时，有非常重要的一点就是要对malloc申请的结果做检查。如果malloc申请失败会返回空指针。
🌼示例1
int* a = (int*)malloc(sizeof(int)); if (a == NULL) { perror("malloc fail"); exit(-1); }
每次都要对返回值进行检查，未免感到有点麻烦。在C++中，系统通过对malloc申请与检查的工作进行封装推出了operator new函数。当operator new申请空间失败时，会通过抛异常（之后会将）的方式告诉用户。
🌼示例2
// 失败了抛异常 int* p1 = (int*)operator new(sizeof(int*));
operator delete作用与free相同；
🌼示例3
int* p1 = (int*)operator new(sizeof(int*)); operator delete(p1);
new与delete的实现原理
对于内置类型
如果申请的是内置类型的空间，new/malloc与delete/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；new在申请空间失败时会抛异常，malloc会返回NULL。
对于自定义类型
🍁new的原理
- 调用
operator new函数申请空间； - 在申请的空间上执行
构造函数，完成对象的构造；
🍁delete的原理
- 在申请的空间上执行
析构函数，完成对象中资源的清理工作； - 调用
operator delete函数释放对象的空间；
🍁new T[N]的原理
- 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； - 在申请的空间上执行
N次构造函数；
🍁delete[]的原理
3. 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；
4. 调用operator delete[]释放空间，实际在operator delete[]中调用operator delete来释放空间；
对于调用析构函数的理解
有的小伙伴可能并不清楚为什么要执行析构函数再执行operator delete函数，请思考一下，二者的操作对象是同一个空间吗？
答案：
析构函数是对象调用的，目的是清理对象内部申请的资源（例如：动态开辟的数组、自定义类型的变量等）；operator delete是用来释放存储对象所在的空间。
通俗的理解就是：我申请了一块空间A，并将A的地址交给指针变量P保存，A里面存储了一个对象。但是对象内部又申请了一块空间B，B里面存储了一些其它的数据。当我们delete p时，不能直接释放A，因为A里面存储的对象又申请了一块空间B，我们得首先释放B，不然B就无法释放了。释放B需要对象来调用它的析构函数，B成功的释放了，接下来释放A，调用operator delete来释放A。
🌼示例
定义一个栈类：
class stack { public: stack() :_size(0), _capacity(0) { _a = new int[10]; cout << "stack()" << endl; } ~stack() { cout << "~stack()" << endl; } private: int* _a; int _size; int _capacity; };
new一个对象并释放：
void Test() { stack* ps = new stack; delete ps; }
定位new表达式
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。
🌼示例
class A { public: A(int a = 0) : _a(a) { cout << "A()" << this << endl; } ~A() { cout << "~A()" << this << endl; } private: int _a; }; void Test5() { A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));// p1现在指向的只不过是与A对象相同大小的一段空间，还不能算是一个对象，因为构造函数没有执行 new(p1)A; //注意：如果A的构造函数有参数时需要传参new(p1)(参数列表) p1->~A(); free(p1); A* p2 = (A*)operator new(sizeof(A)); new(p2)A(10); p2->~A(); operator delete(p2); }
总结
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：
malloc和free是函数，new和delete是操作符；
malloc申请的空间不会初始化，new可以初始化；
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；
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；
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需要捕获异常；
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；
