C++内存修罗场：new/delete的100种死法

 前言

本篇博客将详细介绍C++的内存管理

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一.C/C++内存分布

让我们先来看看下面的代码吧

int globalVar = 1;
static int staticGlobalVar = 1;
void Test()
{
static int staticVar = 1;
int localVar = 1;
int num1[10] = { 1, 2, 3, 4 };
char char2[] = "abcd";
const char* pChar3 = "abcd";
int* ptr1 = (int*)malloc(sizeof(int) * 4);
int* ptr2 = (int*)calloc(4, sizeof(int));
int* ptr3 = (int*)realloc(ptr2, sizeof(int) * 4);
free(ptr1);
free(ptr3);
}
1. 选择题：
  选项: A.栈  B.堆  C.数据段(静态区)  D.代码段(常量区)
  globalVar在哪里？____  
  staticGlobalVar在哪里？____
  staticVar在哪里？____  
  localVar在哪里？____
  num1 在哪里？____
 
  char2在哪里？____
 
  *char2在哪里？___
  pChar3在哪里？____      
  *pChar3在哪里？____
  ptr1在哪里？____        
  *ptr1在哪里？____

来看一下解析吧

下面是后面6道题的图形解析

二.C++的内存管理方式 

C++可以使用c语言的内存管理方式，但是有时候会比较麻烦，所以在C++中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

2.1new/delete操作内置类型

void text1()
{
	//动态申请一个int类型的空间
	int* ptr1 = new int;
	//动态申请一个int类型的空间并初始化为0
	int* ptr2 = new int(10);
	动态申请是个int类型的空间
	int* ptr3 = new int[10];

	delete ptr1;
	delete ptr2;
	delete[] ptr3;
}

在上面的代码中，我们可以看到有delete也有delete[]，所以在申请和释放单个元素的空间使用new和delete，申请和释放连续的空间时，使用new[]和delete[],也要注意配套使用。

2.2new和delete操作自定义类型

class A
{
public:
	A(int a = 0)
	:_a(a)
	{
		cout << "A():" << this << endl;
	}
	~A()
	{
		cout << "~A()" << this << endl;
	}
private:
	int _a;
};
int main()
{
	// new/delete 和 malloc/free最大区别是 new/delete对于【自定义类型】除了开空间
	//还会调用构造函数和析构函数
	A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));
	A* p2 = new A(1);
	free(p1);
	delete p2;
	//内置类型也是一样的
	int* p3 = (int*)malloc(sizeof(int));
	int* p4 = new int;
	free(p3);
	delete(p4);

	A* p5 = (A*)malloc(sizeof(A) * 10);
	A* p6 = new A[10];
	free(p5);
	delete[] p6;

	return 0;
}

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话，new和malloc，delete和free基本类似，不同的地方是：new和delete申请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报异常 malloc会返回NULL

3.2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.在申请的空间上执行析构函数，完成对象中的资源的清理工作

2.调用operator new函数释放空间

new T[N]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

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，并且需要手动释放，以下是不同点：

1.malloc和free是函数，new/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释放