C+++——内存管理

一、前言

Hello，各位热爱编程的同学们，前面博主给大家讲解完毕了C++语法中类和对象的全部内容，不知道大家是否已经完全掌握了呢？今天，我们就要继续学习新的内容了——内存管理。

二、内存管理

2.1 问题引入

在我们之前学习C语言的时候，我们对一个程序内存区域的划分有了一个大致的了解，那刨根问底之后又到底是如何进行划分的呢？为了形象的解决这个问题，先让我们来看一段代码。

#include <iostream>
using namespace std;
int YX1 = 1;
static int YX2 = 1;
void Test()
{static int YX3 = 1;int YX4 = 1;int arr[10] = { 1,2,3,4 };char char1[] = " abcd";const char* pchar2 = "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);
}
int main()
{ }

看完之后，请大家解决一下下面这个问题：

大家不妨先思考几分钟，再往下看，对比一下与你头脑中给出的答案是否相同呢？
答案揭晓：

YX1：定义的全局对象在数据段(静态区)
YX2：static定义的对象在数据段(静态区）
YX3：static定义的对象在数据段(静态区）
YX4：函数体内定义的局部对象在栈上
arr：arr数组处于函数体内，数组名是首元素的地址，在栈上
char1: char1数组处于函数体内，数组名是首元素的地址，在栈上
*char1：*char1指向对象，但仍然是函数体内定义的局部对象，在栈上
pchar2：pchar2数组处于函数体内，数组名是首元素的地址，在栈上
*pchar2：*pchar2指向对象，但此时受到const修饰，在代码段(常量区）
ptr1：ptr1是指针/地址，地址是存储在栈上
*ptr1：*ptr1是malloc申请的对象，此对象在堆上

2.2 C/C++中的内存区域划分

到现在，想必大家对于C/C++中的内存区域划分已经一目了然了吧。为了方便，我给大家画一个图。

2.3 C++内存管理方式

虽然C++在语法上兼容C，但是在一些特殊的场景下又会显得比较无能为力，如果强行进行使用的话又会显得很麻烦。为了解决这一难题， C++当然有自己的内容管理方式。那就是通过new和delete操作符进行动态内存管理。

2.3.1 new/delete操作内置类型

#include <iostream>
using namespace std;
void Test()
{int* ptr1 = new int;//动态申请一个整形的空间int* ptr2 = new int(1);//动态申请一个整形的空间并且初始化为1int* ptr3 = new int[10];//动态申请一个整形数组的空间int* ptr4 = new int[10] {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};//动态申请一个整形数组的空间，并且初始化delete ptr1;//释放delete ptr2;delete[] ptr3;delete[] ptr4;
}
int main()
{}

注意：申请和释放单个元素的空间，使用new和delete操作符，申请和释放连读的空间，使用new[ ]和delete[ ]。

2.3.2 new和delete操作自定义类型

#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;};
int main()
{A* p1 =(A*) malloc(sizeof(A));A* p2 = new A(1);//自定义类型自动调用构造函数free(p1);delete p2;//自定义类型自动调用析构函数cout << endl;int* p3 = (int*)malloc(sizeof(int));int* p4 = new int;//非自定义类型不调用构造函数free(p3);delete p4;//非自定义类型不调用析构函数A* p5 = (A*)malloc(sizeof(A) * 10);A* p6 = new A[10];//调用10次构造函数free(p5);delete[] p6;//调用10次析构函数return 0;
}

注意：在申请自定义类型的空间时，new会自动调用构造函数，delete会自动调用析构函数，而malloc和free则不会。

2.3.3 operator new和operator delete

operator new和operator delete是系统提供的全局函数，new在底层调用operator new来申请空间，delete在底层调用operator delete来释放空间。

void* __CRTDECL operator new(size_t size) _THROW1(_STD bad_alloc)
{// try to allocate size bytesvoid* 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);}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。5. new和delete的实现原理5.1 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。5.2 自定义类型new的原理1. 调用operator new函数申请空间2. 在申请的空间上执行构造函数，完成对象的构造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_FINALLYreturn;
}
/*
free的实现
*/
#define free(p) _free_dbg(p, _NORMAL_BLOCK)

2.3.4 new和delete的实现原理

2.3.4.1 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，但是不同的地方在于new/delete申请和释放的是单个元素的空间，而new[ ]和delete[ ]申请和释放的是连续的空间，new在申请失败时会抛异常，malloc在申请失败时也会返回NULL。

2.3.4.2 自定义类型

(一)、new的原理
1、调用operator new来申请空间
2、在申请空间上执行构造函数，完成对象的构造
(二)、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
(三)、new T[N]的原理
1、调用operator new[ ]函数，在operator new[ ]实际调用operator new函数完成N个对象空间的申请
2、在申请的空间上执行N次构造函数
(四)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

2.3.5 malloc/free和new/delete的共同点与区别

2.3.5.1 共同点

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。

2.3.5.2 不同点

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申请的空间可以初始化；
3、malloc申请空间时，需要手动计算空间大小并且传递，new只需要在后面跟上空间的类型即可；
4、malloc的返回值为void*，在使用时必须强转，new不需要，后面跟的是空间的类型；
5、malloc申请空间失败时，返回的是NULL，因此使用时必须判空，new则不需要，但是new使用时需要捕获异常；
6、申请自定义对象时，malloc/free只会开辟空间，不会调用构造函数和析构函数，而new在申请空间后会调用构造函数进行对象的初始化，delete在释放空间前会调用析构函数完成空间资源的清理释放。

三、总结

有了之前学习C语言内存管理的知识打底，想必今天的新知识对大家来说也是 小case吧。知识内容虽然简单，但是需要记住的地方同样很多，大家学习完之后可得勤加练习，消化吸收哦！

不向前走，不知路远；不努力学习，不明白真理