【C++】内存管理——new与delete

目录

一、C/C++ 内存分布

二、C++中new与delete

2.1 new/delete 操作内置类型

2.2 new/delete 操作自定义类型

三、new和delete的实现原理

3.1 内置类型

3.2 自定义类型

四、 malloc/free 和 new/delete的区别

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一、C/C++ 内存分布

C/C++的内存分布在前面已经有过大量学习了，这里主要是做一道题目来巩固所学知识。 

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 相信大家心里应该也有答案了，下面直接附上标准答案了，大家可以对照答案梳理复习一下。

图解：

【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，堆是可以向上增长的。
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。

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二、C++中new与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++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。

2.1 new/delete 操作内置类型

接下来我们使用 malloc 和 new来开辟空间，看看 new 是如何开辟空间的。

然后我们在来看看 free 和 delete 的使用区别

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 [] ，注意类型匹配。

2.2 new/delete 操作自定义类型

在 new 和 delete 操作内置类型的时候可以发现，除了语法上有些不同，其效果没有什么区别，接下来大家注意下面的代码以及运行结果，观察一下 new/delete 和 malloc/free 的区别.

 new/ delete 和 malloc/free 的最大区别是 new/delete 对于【自定义类型】除了开空间之外还会调用构造函数和析构函数。

 所以，new/delete 是为自定义类型准备的，不仅会申请出自定义类型空间，还会调用构造和析构初始化和清理。

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现在我们使用 new 创建5个初始化为10的自定义类型，这时我们就可以这样创建。

 注意 ，这样定义不同的编译器可能不会支持，我使用的是VS2022,通常C++11标准支持好的编译器都是可以这样创建的。

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new 开辟空间失败的检测方式：

new 失败，不需要检查返回值，new 失败会抛异常。

三、new和delete的实现原理

3.1 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；

3.2 自定义类型

• new 的原理
  1. 调用opeartor new 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opeartor delete 函数释放对象的空间。
• new T [N]的原理
  1. 调用 opeartor new [] 函数，在 opeartor new [] 中实际调用 opeartor 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 [N]的原理
  1. 在释放对象空间上执行 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 opeartor delete []中调用 opeartor delete 来释放空间

四、 malloc/free 和 new/delete的区别

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。

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。