前言
本章要介绍的是动态内存管理：
- 我们的定义的变量，储存位置在哪？
- C动态内存管理方式：malloc/calloc/realloc/free
- C++动态内存管理方式：new/delete
- operator new与operator delete函数
- new和delete的实现原理
- 定位new表达式
内存管理
数据存储位置
不妨先来看看以下代码：看自己能否分清楚？
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); } 1. 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？____ 2. 填空题： sizeof(num1) = ____; sizeof(char2) = ____; strlen(char2) = ____; sizeof(pChar3) = ____; strlen(pChar3) = ____; sizeof(ptr1) = ____;
答案如下：
如果有困难的话，就可以往下看了。
需要存储的一些数据它的存储方式如下：
int globalVar = 1; //全局变量 static int staticGlobalVar = 1; //静态变量 void Test() { static int staticVar = 1; //静态变量 int localVar = 1; //局部变量 int num1[10] = { 1, 2, 3, 4 }; //数组 在哪声明 内容就在哪 char char2[] = "abcd"; //数组 在哪声明 内容就在哪 const char* pChar3 = "abcd"; //指针数组 指针在声明，指向内容在常量区 int* ptr1 = (int*)malloc(sizeof(int) * 4);//指针在栈上 指针内容在堆上 int* ptr2 = (int*)calloc(4, sizeof(int)); int* ptr3 = (int*)realloc(ptr2, sizeof(int) * 4); free(ptr1); free(ptr3); }
C语言动态内存管理方式
C语言的动态内存管理方式，我们其实已经了解了：malloc/calloc/realloc/free。就不过多介绍了，通过一个面试题来测试下自己的掌握情况： 【面试题】malloc/calloc/realloc的区别？
C++动态内存管理方式：new/delete
- 内置类型：
void Test1() { //malloc~free // 动态申请一个int类型的空间 int* ptr1 = (int*)malloc(sizeof(int)); //动态申请一个int类型的空间并初始化为10 int* ptr2= (int*)malloc(sizeof(int)); if (ptr2 != NULL) *ptr2 = 10; // 动态申请10个int类型的空间 int* ptr3 = (int*)malloc(sizeof(int)*10); free(ptr1); free(ptr2); free(ptr3); //new~delete // 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10个int类型的空间 int* ptr6 = new int[3]; //动态申请4个int类型的空间并初始化为1,2，3,4 int* ptr7=new int[4]{1,2,3,4}; delete ptr4; delete ptr5; delete[] ptr6; delete[] ptr7; }
其实不难发现malloc和new在内置类型上都只是开辟空间，差别其实不大，最多就是多写几行代码。
- 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; }; void Test2() { //new~delete除了开辟空间，还会调用自定义类型的构造和析构函数。 A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A)); A* p2 = new A(1); free(p1); delete p2; }
从上方反汇编代码，我们可以清楚的看到，new调用了构造函数而delete调用了析构函数。而malloc和free并不会，这也是new和malloc的最大区别。
operator new与operator delete函数
那为什么有这样的区别呢？C语言过渡到C++，malloc到new，这会不会有什么关联呢？答案是肯定的。
1.new和delete是用户进行动态内存申请和释放的操作符
2. operator new 和operator delete是系统提供的全局函数
3.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。
4. operator new底层是mallocl来申请空间的，operator delete底层也是通过free来释放空间的
我们进入封装内容看下：
不信，我们来看看operator new代码呗：
//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，否则抛异常。 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
new和delete的实现原理
- 整体过程：
new的实现：
- 开辟空间：调用operator new 开辟空间，开辟的是自定义类型大小的空间；
- 构造函数：主要是申请资源，也就是_array的空间申请；
- delete的实现:
- 析构函数：先释放_array申请的资源；
- 释放空间：然后调用operator delete释放自定义类型空间;
补充：
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
- 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
- 调用operator delete[]释放空间，实际在operator delete[]中调用operator delete来释 放空间
定位new表达式（了解）
注意：这已经不是new了，而是new这个关键字的一个用法
new可以显示调用构造函数和析构函数，以下代码为定位new来模拟new和delete的实现过程。
int main() { // 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 A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A)); new(p1)A; // 注意：如果A类的构造函数有参数时，此处需要传参 p1->~A(); free(p1); A* p2 = (A*)operator new(sizeof(A)); //开辟空间 new(p2)A(10); //显式调用构造函数 p2->~A(); //显式调用析构函数 operator delete(p2); //释放空间 return 0; }
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 要捕获异常
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
总结
本节主要是介绍空间内的存储，以及一些管理动态内存的方法。最重要的是new和delete的用法以及它的原理。
