C++内存管理完全手册：new/delete详解

C++内存管理完全手册：new/delete详解

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/egoist2023/article/details/146282944

C++中的内存管理是一个核心且复杂的主题，涉及到栈、堆、静态区和常量区等多个内存区域的管理。本文将深入探讨C++中new和delete操作符的实现原理，以及它们与C语言中malloc和free函数的区别。通过详细的代码示例和解释，帮助读者全面理解C++内存管理机制。

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)); // C
    int* 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。