【C++指南】内存管理完全手册：new/delete

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🚀 今天来学习C++内存管理的相关知识。

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目录

内存分布

内存管理

new和delete实现原理

operator new与operator delete函数

内置类型

自定义类型

定位new

malloc/free和new/delete的区别

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内存分布

在上图中，各部分变量分配在 A.栈   B.堆   C.数据段(静态区)    D.代码段(常量区)  哪个区域呢？

1. globalVar是全局变量在数据段；
2. staticGlobalVar是静态全局变量，同样在静态区；
3. staticVar由于static的修饰，是静态局部变量，因此也在静态区；
4. 像非静态局部变量、数组都是存在栈区。因此num1，char2都是在栈区；
5. 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是在栈上的；

   

      6.pChar3和ptr1都是指针变量，是存在栈区上的。因为是指针，pChar3是指向字符串的，字符串是在常量区的，因此*pChar3是在常量区的。ptr1指向的是堆区上的一块空间，因此*ptr1得到的是动态申请空间的数据在堆区。

1. 栈 又叫堆栈 -- 非静态局部变量 / 函数参数 / 返回值等都是在栈区的，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。

3. 堆 用于程序运行时动态内存分配，如malloc、calloc都是向堆区申请空间，堆是向上增长的。

4. 数据段（静态区） -- 存储全局数据和静态数据。

5. 代码段（常量区） -- 可执行的代码 / 只读常量，如字符串。

内存管理

new和delete实现原理

在C语言中，动态内存管理方式有：malloc/calloc/realloc/free。

由于C语言的使用过于麻烦和一些缺陷(只能分配空间，需要手动初始化之类)。在C++中引入了new和delete操作符进行动态内存管理。

new和delete的简单使用

// 动态申请一个int类型的空间
int* ptr4 = new int;
delete ptr4;// 动态申请一个int类型的空间并初始化为10
int* ptr5 = new int(10);
delete ptr5;// 动态申请10个int类型的空间
int* ptr6 = new int[10];
delete[] ptr6;

动态申请n个空间时，与delete[]搭配使用。new和delete似乎只是简化了C语言中的malloc和free，并能指定初始化 ，那它们真正的区别在于哪里呢？

来看看如下一段程序。

class A
{
public:A(int a = 0): _a(a){cout << "A():" << this << endl;}~A(){cout << "~A():" << this << endl;}
private:int _a;
};
int main()
{// 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;// 自定义类型A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));A* p2 = new A(1);free(p1);delete p2;A* p5 = (A*)malloc(sizeof(A) * 10);A* p6 = new A[10];free(p5);delete[] p6;return 0;
}

通过调试发现在针对内置类型时，new和malloc都是动态申请了一块内存，几乎是一样的；

但在针对自定义类型时，new先开了一块空间，然后再去调用了构造函数。delete同理在针对自定义类型时也会去调用对应的析构函数。因此new/delete 和 malloc/free最大区别是new/delete除了申请/销毁空间还会调用对应构造/析构函数。

即new = 开空间 + 构造函数 ， delete = 析构函数 + 销毁空间 。

operator new与operator delete函数

new/delete的开/销毁空间与malloc/free有什么区别呢？

实际上new在底层是调用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。

而operator new函数实际是对malloc进行了封装，operator delete函数是对free进行了封装。区别在于若申请空间不足或出错时，采用了抛异常的玩法，不会终止程序(后续章节会讲到)。

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 。

自定义类型

new的原理	调用 operator new 申请空间	构造函数
delete的原理	析构函数	调用 operator delete 释放空间
new T[N] 的原理	调用operator new[]函数，实际调用operator new函数完成N个对象空间的申请	申请空间上执行 N 次构造函数
delete[] 的原理	空间上执行 N 次析构函数	调用operator delete[]释放空间，实际调用operator delete来释放空间

定位new

定义：为已分配的原始内存空间中调用构造函数初始化一个对象。

使用方式：new(place_address) type或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。如：

new (p) A;

 那什么时候会用到定位new呢？一般是与内存池(池化技术)搭配使用，因为内存池的内存并未初始化，需要new来帮助自定义类型对象调用构造函数完成初始化。这里浅浅地了解下内存池。

应用场景：malloc、calloc都是向堆中申请内存，但如果申请频繁的话，就会增大系统内存分配函数的开销，因此需要借助内存池来减少开销。实际上，stl库中很多都用到了内存池的技术，如vector。

malloc/free和new/delete的区别

它们都是从堆上申请空间，不同点如下。

malloc/free	new/delete
函数	操作符
不会初始化	初始化
手动计算空间大小	其后跟上空间类型，申请多个对象，用[]指定个数
返回值为void*,要强转	不需要强转
申请失败，返回NULL	抛异常
开/销毁空间	开/销毁空间+构造/析构

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