【C++】new和delete

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1. 为什么会有new和delete？

C语言用malloc、calloc、realloc、free来进行动态内存管理，而C++用new和delete来进行动态内存管理。当然因为C++兼容C，所以在C++中同样可以使用malloc等函数。
那为什么C++会有new和delete？

class ListNode
{
public:
	ListNode(int x)
		:_val(x)
		, _next(nullptr)
	{
		cout << "ListNode()" << endl;
	}
	~ListNode()
	{
		cout << "~ListNode()" << endl;
		if(_next)
		{
			free(_next);
		}
	}
public:
	int _val;
	ListNode* _next;
};
//这是用malloc申请节点
ListNode* BuyListNode(int x)
{
	ListNode* newnode = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
	newnode->_next = NULL;
	newnode->_val = x;
	return newnode;
}
//这是用new申请结点
ListNode* BuyListNode(int x)
{
	ListNode* newnode = new ListNode (x);
	delete newnode;
	return newnode;
}

当数据类型是内置类型时，malloc申请节点不会初始化，calloc会全部初始化为0；当数据类型是自定义类型时，malloc和calloc用起来就有点麻烦了。因此C++提出自己的动态内存管理方式：new和delete。new可以开辟空间的同时调用构造函数初始化，delete释放空间的同时会调用析构函数。

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2. new和delete

2.1 存储内置类型数据

int main()
{
	int* n1 = new int;//new + 类型，申请一个int类型的空间
	int* n2 = new int(1);//new + 类型 + （n），申请空间后，对其初始化
	char* n3 = new char[10]{ 'a','b','c' };//申请10个字符的空间，并初始化前三个，其余置为0
	int* n4 = new int[10]{ 1,2,3 };

	delete n1;
	delete n2;
	delete[]n3;
	delete[]n4;
	//注意：
	// 1.new和delete是操作符，malloc和free是函数
	// 2.申请和释放单个元素的空间用new和delete，申请和释放连续空间时用new[]和delete[]。
	// 3.单个元素初始化用（）圆括号，连续的元素初始化用{ }大括号
	return 0;
}

补充
内置类型没有初始化，会是随机值。

2.2 存储自定义类型数据

new和delete申请自定义类型时，会调用其构造函数和析构函数。这也是new和delete与malloc和free最大的区别。

//例子
class ListNode
{
public:
	ListNode(int x)
		:_val(x)
		, _next(nullptr)
	{
		cout << "ListNode()" << endl;
	}
	~ListNode()
	{
		cout << "~ListNode()" << endl;
		free(_next);
	}
public:
	int _val;
	ListNode* _next;
};
int main()
{
	ListNode* n1 = new ListNode(1);
	delete n1;
	return 0;
}

调用情况

//例子2
ListNode* n2 = new ListNode[10]{ 1,2,3,4,5,6, 7,8,9,10};
//也可以这样初始化new ListNode[10]{ListNode(1),ListNode(2),ListNode(3),……};
delete []n2;
//调用10次构造函数和析构函数。ListNode没有提供默认构造函数，所以必须全部初始化。
//如果有提供默认构造函数，就可以不完全初始化，其余的ListNode会调用默认构造	

调用情况

注意
new和delete，malloc和free一定要匹配使用，不能用free去释放new的变量，不能用delete去释放malloc的变量。

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3. new和delete是如何申请和释放空间的？

1. new和delete通过调用系统提供的全局函数operator new和operator delete来实现的。new在底层调用operator new来申请空间，delete在底层调用operator delete来释放空间。

所以new = operator new + 自定义类型调用构造函数，delete = 先调用析构函数释放资源 + 再operator delete。

2. 那么operator new是如何开辟空间，operator delete是如何释放空间的？
   通过查看operator new在C++库的源代码，发现其底层其实就是malloc，通过查看operator delete在C++库的源代码，发现其底层是free。
   
   
3. 面向对象语言处理失败，不喜欢用返回值，更建议用抛异常。operator new实际是通过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。

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4. 定位new(placement-new)

1. 定义

定位new表达式是在已经分配的内存空间调用构造函数初始化一个对象。

2. 格式

new(指针)类型或者new(指针)类型(初始值)

3. 例子

（1）内置类型

（2）自定义类型

4. 应用场景
   池化技术。简单讲就是每次new需要频繁申请和释放内存，提前申请一大块内存放在池子，每次申请都找池子要，池子不够再找内存申请，从内存池申请空间效率更高点，所以池化技术可以提高效率。但是内存分配的内存没有初始化，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。

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5. 内存泄漏

当我们申请空间后，忘记或者因为程序错误而忘记释放空间，可能导致内存泄漏。内存泄漏的危害很大，尤其是对一些长期运行的程序，会导致其响应越来越缓慢。
那么该怎么避免内存泄露呢？第一，养成良好的代码习惯，申请的空间匹配去释放；第二，利用智能指针来管理资源。

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6. malloc/free和new/delete的区别

共同点：它们都是从堆上申请空间，且都需要手动释放。
不同点：
（1）malloc和free是函数，new和delete是操作符。
（2）malloc不会初始化，new会初始化。
（3）如果申请的空间来存储自定义类型，new会调用其构造函数，delete会调用其析构函数，而malloc和free不会。
（4）malloc申请空间失败会返回null，而new申请空间失败会抛异常。
（5）malloc返回值为void*，需要强制类型转换，而new不需要。
（6）在申请空间时，malloc需要手动计算申请空间大小，而new不需要，只需要接类型和个数即可。