最全【C C++】内存管理，C C++经典面试题详解

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三、初识

出现了新的关键字：new 和 delete，它们也有很多形式和使用细节

3.1 new

使用

int\* pi = new int;	//申请一个整型
double\* pd = new double(3.14);	//申请一个浮点型并初始化为 3.14
char\* pc = new char[5] {'H', 'e', 'l', 'l', 'o'};	//申请五个字符型，并分别初始化为 Helloc

注意：

• new 与 malloc等不同，不需要进行空指针检查，也不需要进行类型转换
• new 的使用极其简单

特点：

• new可以用于自定义类型
• 动态开辟时，会调用自定义类型的构造函数

//假设存在日期类
Date\* ptr = new Date[5];	//申请五个日期类，这些类都在堆上

下面来看看C++中的内存释放函数

3.2 delete

形式：

• delete 指针
• delete[] 指针

使用：

• C语言中的 free 可以用于释放所有动态申请函数，而 C++ 不行，申请与释放需要配套使用

int\* pi = new int;
delete pi;	//直接释放

double\* pd = new double[5];
delete[] pd;	//释放五次

Date\* ptr = new Date[5];
delete[] ptr;	//释放五次，即调用五次日期类的析构函数

注意：

• 需要配套使用，new int 搭配 delete，而 new int[] 需要搭配 delete[]

特点：

• delete可以用于自定义类型
• 调用销毁时，会先调用自定义类型的析构函数

3.3 特点

C语言和C++动态内存管理函数的最大区别是： 是否会调用自定义类型的构造函数和析构函数

C语言明显不会，毕竟那时候还没有这些概念，而 C++ 作为面向对象的语言，调用构造与析构函数是必然的

C语言中的申请函数不能通过C++的释放函数进行释放，同理C++的申请空间也不能通过C语言的释放函数进行释放，比如下面这些情况是不合理的，可能引发问题

int\* cPi = (int\*)malloc(sizeof(int));
delete cPi;	//不合理的操作

int\* cppPi = new int;
free(cppPi);	//这样也是不合理的

Date\* ptr = new Date;
free(ptr);	//此时会报错，因为 free 并不会调用析构函数

切记，申请与释放要配套使用

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四、探究

为何C++中的动态内存管理函数能做到调用构造和析构函数呢？

• 这是因为我们也是调用的其他函数，正是得益于C++中的封装

4.1 封装实现

new 和 delete 是用户进行动态内存申请和释放的 操作符，它们在实现时会去调用真正的全局函数 operator new 与 operator delete，具体调用情况如下所示：

new 与 new []

• new 调用 operator new
• new [] 调用 operator new[]

delete 与 delete []

• delete 调用 operator delete
• delete [] 调用 operator delete[]

注意： operator new[] 最终是调用 operator new，operator delete[] 最终也是调用 operator delete
所以严格来说，operator new 和 operator delete 才是我们探讨的主角

所以严格来说，operator new 和 operator delete 才是我们探讨的主角

4.2 代码展示

/\*
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\* \_\_CRTDECLoperatornew(size_tsize)\_THROW1(_STDbad_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
			staticconststd::bad_allocnomem;
			\_RAISE(nomem);
		}
	return(p);
}

可以看到，其实 operator new 就是通过对 malloc 的封装实现的，不过进行了改进，当对象为自定义类型时，会去调用它的构造函数，并且当开辟失败时，会抛出异常

再来看看 operator delete 的代码实现

/\*
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 的代码中也有 free 的影子，当释放对象为自定义类型时，会调用它的析构函数

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五、new/delete 实现步骤

下面再来看看两者具体的实现步骤

5.1 内置类型

对于内置类型来说，使用 malloc/free 和 new/delete 没什么区别

5.2 自定义类型

对于自定义类型，new/delete 的实现步骤如下：

new

• 调用 operator new 申请空间
• 在申请的空间上调用构造函数

delete

• 在空间上调用析构函数
• 再调用 operator delete 释放空间

new []

• 调用 operator new[] 函数，根据数值N，调用N次 operator new 函数申请空间
• 在申请的空间上调用N次构造函数

delete []

• 在申请的空间上调用N次析构函数
• 调用 operator delete[] 函数，然后由函数再调用 operator delete 释放空间

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六、定位new

定位new 是 new 的新用法

目的：

• 对已开辟而未初始化的空间进行初始化

形式：

• new(指针)构造函数

//定位new
Stack\* ptr = (Stack\*)malloc(sizeof(Stack));	//malloc 不会调用构造函数，此时未初始化

new(ptr)Stack();	//通过定位new初始化对象

6.1 应用场景

定位new 可以用在内存池这个项目中

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