【C++】——内存管理

回忆C语言内存管理

void Test()
{int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int));free(p1);int* p2 = (int*)calloc(4, sizeof(int));//不用freeint* p3 = (int*)realloc(p2, sizeof(int) * 10);free(p3);
}

C++内存管理方式new delete

通过new和delete操作符进行动态内存管理

C++自动计算大小，不需要进行强制类型转换

int main()
{//动态申请一个int型的空间int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int));//Cint* p2 = new int;//C++//动态申请10个int型空间int* p3 = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);//Cint* p4 = new int[10];//C++free(p1);free(p3);delete p2;delete[] p4;return 0;
}

C++额外支持开空间和初始化

int main()
{int* p1 = new int(10);int* p2 = new int[10] {1, 2, 3};int* p3 = new int[10] {};return 0;
}

malloc没有办法很好的支持动态申请的自定义对象初始化
自定义类型，开空间+调用构造函数初始化
自定义类型，调用析构函数+释放空间

class A
{
public:A(int a = 1){cout << "A(int a = 1)" << endl;}~A(){cout << "~A()" << endl;}
private:int _a;
};
int main()
{//自定义类型，开空间+调用构造函数初始化A* p1 = new A;A* p2 = new A(3);//自定义类型，调用析构函数+释放空间delete p1;delete p2;return 0;
}

int main()
{A aa1(1);A aa2(2);A* p1 = new A[10]{ aa1,aa2 };delete[] p1;A* p2 = new A[10]{ A(1),A(2) };delete[] p2;A* p3 = new A[10]{ 1,2 };delete[] p3;return 0;
}

栈：

typedef int DataType;
class Stack
{
public:Stack(size_t capacity=4){cout << "Stack(size_t capacity)" << endl;_array = new DataType[capacity];_size = 0;_capacity = capacity;}void Push(int x){_array[_size++] = x;}~Stack(){cout << "~Stack()" << endl;delete[] _array;_size = _capacity = 0;}
private:DataType* _array;size_t _size;size_t _capacity;
};
Stack* func()
{int n = 0;cin >> n;Stack* pst = new Stack(n);return pst;
}
int main()
{Stack* ptr = func();ptr->Push(1);ptr->Push(2);delete ptr;return 0;
}

operator new与operator delete函数

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在底层通过operator delete全局函数来释放空间。

typedef int DataType;
class Stack
{
public:Stack(size_t capacity=4){cout << "Stack(size_t capacity)" << endl;_array = new DataType[capacity];_size = 0;_capacity = capacity;}void Push(int x){_array[_size++] = x;}~Stack(){cout << "~Stack()" << endl;delete[] _array;_size = _capacity = 0;}
private:DataType* _array;size_t _size;size_t _capacity;
};
Stack* func()
{int n = 0;cin >> n;Stack* pst = new Stack(n);return pst;
}
int main()
{Stack* pst1 = (Stack*)operator new(sizeof(Stack));operator delete(pst1);Stack* pst2 = new Stack;delete pst2;return 0;
}

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形式要匹配使用

new和delete的实现原理

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。

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
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
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
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

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

typedef int DataType;
class Stack
{
public:Stack(size_t capacity=4){cout << "Stack(size_t capacity)" << endl;_array = new DataType[capacity];_size = 0;_capacity = capacity;}void Push(int x){_array[_size++] = x;}~Stack(){cout << "~Stack()" << endl;delete[] _array;_size = _capacity = 0;}
private:DataType* _array;size_t _size;size_t _capacity;
};
Stack* func()
{int n = 0;cin >> n;Stack* pst = new Stack(n);return pst;
}int main()
{Stack* pst1 = (Stack*)operator new(sizeof(Stack));//pst1->Stack(4);//不支持new(pst1)Stack(4);//显示调用构造函数pst1->~Stack();operator delete(pst1);return 0;
}

malloc/free和new/delete的区别

共同点：
malloc/free和new/delete 都是从堆上申请空间，并且需要手动释放
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，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