C++中动态内存管理（new/delete的实现）

「爱情、让人受尽委屈。」 2022-12-14 13:57 125阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  1.复习C语言中动态内存管理
 *  2.C++内存管理方式
 *  3.operator new与operator delete函数
 *  4.new和delete的实现原理
 *  5.定位new表达式(placement-new)
 *  6.malloc/free和new/delete的区别

# 1.复习C语言中动态内存管理 #

[C语言动态内存管理][C]

# 2.C++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。

**2.1 new/delete代码演示：**

int main()
    {
        
    	//申请单个类型的空间
    	int* p1 = new int;
    
    	//申请单个类型空间，并且对空间中的内容进行初始化
    	int* p2 = new int(10);
    
    	//申请一段连续的空间
    	int* p3 = new int[10];
    
    	//申请一段连续的空间，并进行初始化
    	int* p4 = new int[10]{
        1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0};
    
    	//使用delete来释放单个空间
    	delete p1;
    	delete p2;
    
    	//使用delete[]来释放连续的空间
    	delete[] p3;
    	delete[] p4;
    	return 0;
    }

**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\[\]。

**2.2 new和delete操作自定义类型**

class Test
    {
        
    public:
    	Test(int t)
    		: _t(t)
    	{
        
    		cout << "Test():" << this << endl;
    	}
    	~Test()
    	{
        
    		cout << "~Test():" << this << endl;
    	}
    private:
    	int _t;
    };
    
    int main()
    {
        
    	//注意：如果类带有无参或者全缺省的构造函数时，new类类型对象时，可以不带参数
    	//      如果类具有带有参数的构造函数时，new类类型对象时，必须带参数
    	Test* pt1 = new Test(10);
    	Test* pt2 = new Test(20);
    	delete pt1;
    	delete pt2;
    	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。

# 3.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。

**3.1 operator new函数**

/* 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 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。

**3.2 operator delete函数**

/* 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

operator delete 最终是通过free来释放空间的。

# 4.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

# 5.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 Test
    {
        
    public:
    	Test(int t = 10)
    		: _t(t)
    	{
        
    		cout << "Test(int t):" << this << endl;
    	}
    	~Test()
    	{
        
    		cout << "~Test(int t):" << this << endl;
    	}
    private:
    	int _t;
    };
    int main()
    {
        
    	Test* pt = (Test*)malloc(sizeof(Test));
    	new(pt) Test(100);
    
    	free(pt);
    	return 0;
    }

# 6.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。  
不同的地方是：

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
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

[C]: https://blog.csdn.net/zhao_leilei/article/details/108967760