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【C/C++】一文通关C/C++内存管理：动态开辟改朝换代——new/delete

news 2025/9/19 5:26:57

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目录

一、内存分布问题详解

1.1  【做一做】例题

1.1.1  示意图

1.1.2  答案解析

1.2  示例代码展示

1.3  内存分布

1.4  虚拟地址空间

1.5  区域的定义

二、老友重逢：C语言内存管理方式

2.1  malloc、calloc、realloc、free

2.2  例题

三、C++的内存管理方式：new / delete

3.1  new/delete操作内置类型

3.2  new和delete操作自定义类型

四、详解operator new与operator delete函数

4.1  （核心重点）operator new与operator delete函数

4.1.1  概念

4.1.2  代码展示

五、探究new和delete的实现原理

5.1  内置类型

5.2  自定义类型

5.2.1  new 和 delete的原理

5.2.1.1  new 的原理

5.2.1.2  delete 的原理

5.2.2  new T[N] 和 delete[ ]的原理

5.2.2.1  new T[N] 的原理

5.2.2.2  delete[ ]的原理

5.3  扩展学习（编译器底层）

六、了解定位new表达式(placement-new)

七、malloc/free和new/delete的区别

7.1  共同点

7.2  不同点

八、内存池和池化技术

8.1  内存池

8.2  池化技术

本文的完整代码

Test.cpp：

结尾

一、内存分布问题详解

1.1  【做一做】例题（选择+填空）

void Test()
{static int staticVar = 1;int localVar = 1;int num1[10] = { 1, 2, 3, 4 };char char2[] = "abcd";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) = ____；

正确答案：

1、选择题答案：

CCCAA

AAADAB

2、填空题答案：

40        5        4        4        4        4

1.1.1  示意图

1.1.2  答案解析

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？__C__  staticGlobalVar在哪里？__C__

staticVar在哪里？__C__  localVar在哪里？__A__

num1 在哪里？__A__

解析：

globalVar全局变量在数据段；

staticGlobalVar静态全局变量在静态区；

staticVar静态局部变量在静态区；

localVar局部变量在栈区；

num1局部变量在栈区。

char2在哪里？__A__  *char2在哪里？__A__

pChar3在哪里？__A__   *pChar3在哪里？__D__

ptr1在哪里？__A__    *ptr1在哪里？__B__

解析：

char2局部变量在栈区；

char2是一个数组，把后面常量串拷贝过来到数组中，数组在栈上，所以*char2在栈上；

pChar3局部变量在栈区；

*pChar3得到的是字符串常量字符在代码段；

ptr1局部变量在栈区；

*ptr1得到的是动态申请空间的数据在堆区。

2、填空题：

sizeof(num1) = __40__;

解析：数组大小,10个整形数据一共40字节。

sizeof(char2) = __5__;

解析：包括\0的空间。

strlen(char2) = __4__;

解析：不包括\0的长度。

sizeof(pChar3) = __4__;

解析：pChar3为指针。

strlen(pChar3) = __4__;

解析：字符串“abcd”的长度，不包括\0的长度。

sizeof(ptr1) = __4__;

解析：ptr1是指针。

1.2  示例代码展示

void main()
{static int staticVar() = 1;int localVar = 1;int num1[10] = { 1,2,3,4 };char char2[] = "abcd";*char2 += 1;//(*(char*)pChar3) += 1;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);const int i = 10;int j = 1;cout << &i << endl;cout << &j << endl;cout << (void*)pChar3 << endl;
}int main()
{//1、malloc/calloc/realloc的区别是什么？int* p2 = (int*)calloc(4, sizeof(int));int* p3 = (int*)realloc(p2, sizeof(int) * 50);cout << p2 << endl;cout << p3 << endl;//这里需要free(p2)吗？free(p3);int* p5 = new int;	//单个对象int* p6 = new int[10];	//数组int* p7 = new int(5);	//单个对象//不要误以为是5个空间，这里是初始化为5的意思int* p8 = new int[10] {1, 2, 3, 10};	//数组//这里把数组前4个分别初始化成1,2,3,10，后面6个没有给值，初始化成0//delete替代了freedelete p5;delete[] p6;delete p7;delete[] p8;//以后工作中98%~99%不会再用malloc了
}

1.3  内存分布

栈和堆两个内存区域的增长方向——

C/C++中的程序内存区域划分如下所示——

补充说明：

1、栈又叫堆栈-非静态局部变量/函数参数/返回值等等，栈是向下增长的。

2、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（如果Linux如果没学到这块，现在先了解一下）。

3、堆用于程序运行时动态内存分配，堆是可以上增长的。

4、数据段-存储全局数据和静态数据。

5、代码段-可执行的代码/只读常量。

1.4  虚拟地址空间

1.5  区域的定义

二、老友重逢：C语言内存管理方式

2.1  malloc、calloc、realloc、free

uu们如果忘记了可以去看看博主以前写得那篇【动态内存管理】的文章——

【动态内存管理】深入详解：malloc和free、calloc和realloc、常见的动态内存的错误、柔性数组、总结C/C++中程序内存区域划分

当时博主画了这张图——

2.2  例题

void Test()
{// 1.malloc/calloc/realloc的区别是什么？int* p2 = (int*)calloc(4, sizeof(int));int* p3 = (int*)realloc(p2, sizeof(int) * 10);// 2.这里需要free(p2)吗？free(p3);
}

【面试题】

1、malloc/calloc/realloc的区别？

malloc：动态开辟；

calloc：动态开辟，并且初始化为0；

realloc：扩容，分两种——

2、malloc的实现原理？【CTF】GLibc堆利用入门-机制介绍——glibc中malloc实现。

三、C++的内存管理方式：new / delete

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。

这里插个题外话：等工作了，几乎不会再用malloc了，98%~99%的都用new了。

补充：new失败返回——抛异常；malloc失败返回——NULL。

3.1  new/delete操作内置类型

void Test()
{// 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10int* ptr5 = new int(10);// 动态申请10个int类型的空间int* ptr6 = new int[3];delete ptr4;delete ptr5;delete[] ptr6;
}

注意：申请和释放单个元素的空间，使用new和delete操作符，申请和释放连续的空间，使用new[]和delete[]，这里注意要匹配起来使用。

3.2  new和delete操作自定义类型

class A
{
public:A(int a = 0): _a(a){cout << "A():" << this << endl;}~A(){cout << "~A():" << this << endl;}
private:int _a;
};
int main()
{// new/delete 和 malloc/free最大区别是 new/delete对于【自定义类型】除了开空间还会调用构造函数和析构函数A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));A* p2 = new A(1);free(p1);delete p2;// 内置类型是几乎是一样的int* p3 = (int*)malloc(sizeof(int)); // Cint* p4 = new int;free(p3);delete p4;A* p5 = (A*)malloc(sizeof(A) * 10);A* p6 = new A[10];free(p5);delete[] p6;return 0;
}

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

四、详解operator new与operator delete函数

4.1  （核心重点）operator new与operator delete函数

4.1.1  概念

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在底层是通过operator delete全局函数来释放空间的。

4.1.2  代码展示

/*
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 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);}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)

通过上述两个全局函数的实现，我们现在可以知道，operator new 实际上也是通过malloc来申请空间（底层），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（底层）。

五、探究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。

不同的地方在于——

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（C++特性），malloc会返回NULL。

5.2  自定义类型

5.2.1  new 和 delete的原理

5.2.1.1  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。

5.2.1.2  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。

5.2.2  new T[N] 和 delete[ ]的原理

5.2.2.1  new T[N] 的原理

1、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；

2、在申请的空间上执行N次构造函数。

5.2.2.2  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[ ]来释放空间，实际上就是在operator delete[ ]中调用了operator delete来释放空间。

PS：严重怀疑就是设计者的强迫症（Bushi）。

5.3  扩展学习（编译器底层）

六、了解定位new表达式(placement-new)

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。

使用格式：

new (place_address) type或者new (place_address) type(initializer-list)

place_address必须是一个指针，initializer-list是类型的初始化列表

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。

class A
{
public:A(int a = 0): _a(a){cout << "A():" << this << endl;}~A(){cout << "~A():" << this << endl;}
private:int _a;
};
// 定位new/replacement new
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));new(p2)A(10);p2->~A();operator delete(p2);return 0;
}

Windows操作系统崩溃——蓝层

软件闪退——软件的问题（不是手机的问题）

七、malloc/free和new/delete的区别

以后我们在面试里面经常会碰到这种问你“XX和XX的区别”的题目，既然这类题能够这么问，就说明被比较的两者是具有相似性的。比如问“引用和指针的区别”。

7.1  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。

7.2  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不需要判空，但是new需要捕获异常（必须捕获！否则会返回异常，异常不捕获，程序就中止了，是要出大问题的）；

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释放。

八、内存池和池化技术

8.1  内存池

8.2  池化技术

本文的完整代码

Test.cpp：

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS  1
#include<iostream>
using namespace std;//void main()
//{
//	static int staticVar() = 1;
//	int localVar = 1;
//	int num1[10] = { 1,2,3,4 };
//	char char2[] = "abcd";
//
//	*char2 += 1;
//	//(*(char*)pChar3) += 1;
//
//	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);
//
//	const int i = 10;
//	int j = 1;
//	cout << &i << endl;
//	cout << &j << endl;
//	cout << (void*)pChar3 << endl;
//}
//
//int main()
//{
//	//1、malloc/calloc/realloc的区别是什么？
//	int* p2 = (int*)calloc(4, sizeof(int));
//	int* p3 = (int*)realloc(p2, sizeof(int) * 50);
//	cout << p2 << endl;
//	cout << p3 << endl;
//
//	//这里需要free(p2)吗？
//	free(p3);
//
//	int* p5 = new int;	//单个对象
//	int* p6 = new int[10];	//数组
//
//	int* p7 = new int(5);	//单个对象
//	//不要误以为是5个空间，这里是初始化为5的意思
//	int* p8 = new int[10] {1, 2, 3, 10};	//数组
//	//这里把数组前4个分别初始化成1,2,3,10，后面6个没有给值，初始化成0
//
//	//delete替代了free
//	delete p5;
//	delete[] p6;
//	delete p7;
//	delete[] p8;
//	//以后工作中98%~99%不会再用malloc了
//}class A
{
public:A(int a = 0):_a(a){cout << "A()" << this << endl;}~A(){cout << "~A()" << this << endl;}
private:int _a;
};struct ListNode
{ListNode* _next;int _val;ListNode(int val):_next(nullptr), _val(val){}
};int main()
{//只开空间，不调用构造初始化A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));A* p2 = new A;A* p3 = new A(10);delete p2;delete p3;ListNode* n1 = new ListNode(1);ListNode* n2 = new ListNode(2);ListNode* n3 = new ListNode(3);return 0;
}int globalVar = 1;static int staticGlobalVar = 1;// 1、用法
// 2、初始化和析构的特性
// 3、错误的处理//void Func()
//{
//	int i = 0;
//	int* ptr = nullptr;
//	if (i == 495)
//	{
//		int x = 0;
//		//加这个变量只是为了不成为空语句
//	}
//
//	ptr = new int[1024 * 1024];
//	cout << i++ << ":" << ptr << endl;
//}
//
//int main()
//{
//	Func();
//
//	return 0;
//}// 1、用法
// 2、初始化和析构的特性
// 3、错误的处理//void Func()
//{
//	int i = 1;
//	int* ptr = nullptr;
//	do {
//		if (i == 495)
//		{
//			int x = 0;
//			//加这个变量只是为了不成为空语句
//		}
//
//		ptr = new int[1024 * 1024];
//		cout << i++ << ":" << ptr << endl;
//	} while (ptr);
//
//	cout << i++ << ":" << ptr << endl;
//}
//
//int main()
//{
//	try
//	{
//		Func();
//	}
//	catch (const exception& e)
//	{
//		cout << e.what() << endl;
//	}
//
//	return 0;
//}//class A
//{
//public:
//	A(int a = 0)
//		:_a(a)
//	{
//		cout << "A():" << this << endl;
//	}
//
//	~A()
//	{
//		cout << "~A():" << this << endl;
//	}
//private:
//	int _a;
//};
//
//int main()
//{
//	//A* p2 = (A*)operator new(sizeof(A));
//	A* p1 = new A(1);
//	delete p1;
//
//	A* p2 = new A[10];
//	delete[] p2;
//
//	return 0;
//}class A
{
public:A(int a = 0):_a(a){cout << "A():" << this << endl;}~A(){cout << "~A():" << this << endl;}
private:int _a;
};int main()
{A* p = new A(1);A* ptr = (A*)operator new(sizeof(A));//显示调用构造函数new(ptr)A(1);ptr->~A();operator delete(ptr);return 0;
}

结尾

往期回顾：

【C++】类和对象（下）：初始化列表、类型转换、Static、友元、内部类、匿名对象/有名对象、优化

【C/C++】类和对象（中）：（二）类的默认成员函数——拷贝构造，赋值拷贝——赋值运算符重载

【C/C++】类和对象（中）：（一）类的默认成员函数——构造函数，析构函数

【C/C++】类和对象（上）：（二）实例化——类实例化出对象，对象大小，this指针，对比C++/C两种语言实现Stack

【C/C++】类和对象（上）：（一）类和结构体，命名规范——两大规范，新的作用域——类域

🗡博主在这里放了一只小狗，大家看完了摸摸小狗放松一下吧！🗡

૮₍ ˶ ˊ ᴥ ˋ˶₎ა

http://www.dtcms.com/a/388848.html

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