C/C++内存管理(2)：`new`和`delete`的实现原理

new和delete操作自定义类型

class Stack
{
public:
  Stack(int capacity = 3)
    :_top(0)
    , _capacity(capacity)
  {
    cout << "Stack(int capacity = 3)" << endl;
    _a = new int[capacity];
  }
    
  ~Stack()
  {
    cout << "~Stack()" << endl;
    delete _a;
    _top = _capacity = 0;
  }
private:
  int* _a;
  int _top;
  int _capacity;
};

int main()
{
  Stack* s1 = new Stack;
  delete s1;

  return 0;
}

• new：开对象空间+调用构造函数
• delete：调用析构函数+释放对象空间

一、operator new与operator delete函数

1.1

operator new与operator delete是系统提供的全局函数，new通过调用operator new申请空间，delete通过调用operator delete释放空间。

int main()
{
    Stack* s1 = (Stack*)operator new(sizeof(Stack));
    operator delete(s1);
    
    return 0;
}

实际上，operator new通过malloc申请空间，operator delete通过free释放空间。

二、new和delete实现原理

2.1 内置类型

申请内置类型空间时，new/delete与malloc/free基本类似。

new/delete申请和释放的是单个元素的空间，new[]/delete[]申请和释放的是连续空间。new申请失败会抛异常，malloc则返回NULL。

2.2 自定义类型

T为某一种类

• new T：1. 调用operator new函数申请空间 2. 在已申请空间上调用构造函数，完成对象的构造。
• delete：1. 调用析构函数，完成对象资源清理 2. 调用operator delete 释放空间。
• new T[N]：1. 调用operator new[] 2. 在operator new[]过程中，实际调用operator new完成对 N 个对象空间的申请 3. 在申请的空间上执行 N 次构造
• delete[]：1. 在申请空间上完成 N 次析构 2. 调用operator delete[] 3. 实际调用operator delete释放空间。

三、定位new表达式

3.1 概念

定位new表达式，指在已分配的内存空间上调用构造函数初始化对象。

格式： new(地址)type（已有默认构造可以不传参）或 new(地址)type(初始化列表)

int main()
{
  Stack* s1 = (Stack*)operator new(sizeof(Stack));
  new(s1)Stack(2);// new(地址)type(初始化列表)

  delete s1;
  return 0;
}

四、总结malloc/free和new/delete的区别

共同点：

都是从堆上申请空间，且需要用户手动释放。

4.1 用法上

1. malloc/free是函数，new/delete是操作符。
2. malloc申请的空间无法初始化，new可以初始化。
3. malloc申请空间时需要手动计算大小并传递；new只需要+申请空间的类型即可，多个对象，在[]中指明个数。
4. malloc的返回值类型是void*，需要强制转换，new不需要。
5. malloc申请空间失败返回NULL，需要 ”判空 “；new需要捕获异常。

4.2 原理上

1. 申请自定义类型空间时，malloc/free不会调用构造函数和析构函数；new/delete可以。