C/C++内存管理：new、delete功能及原理实现

目录

一、C/C++内存分布

二、C++中内存管理方式

2.1new/delete操作内置类型

2.2 new和delete操作自定义类型

三、operator new与operator delete函数

四、new和delete的实现原理

4.1内置类型

4.2自定义类型

五、定位new

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一、C/C++内存分布 int globalVar = 1; static int staticGlobalVar = 1; void Test() { static int staticVar = 1; int localVar = 1; int num1[10] = { 1, 2, 3, 4 }; char char2[] = "abcd"; const 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); } 一、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？____ 二、 sizeof(num1) = ____;     sizeof(char2) = ____;      strlen(char2) = ____;   sizeof(pChar3) = ____;     strlen(pChar3) = ____;   sizeof(ptr1) = ____; 三、sizeof 和 strlen 有什么区别？

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。 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。 二、C++中内存管理方式

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。 2.1new/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10 int* 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[]，注意：匹配起来使用。 2.2 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)); // C int* 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。 三、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。 /* 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 bytes void* 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_FINALLY return; } /* 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。 四、new和delete的实现原理 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，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。 4.2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 五、定位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; }