C++动态内存管理

1.C语言动态内存管理

在C语言中，我们主要对内存的动态管理主要使用的是malloc和free两个C标准库函数，所以我们主要来介绍一下malloc/free

• malloc

  1. malloc函数原型

     void* __cdecl malloc(size_t _Size);

  2. malloc 不保证成功 要检测return

  3. malloc首先会扫描之前由free()所释放的空闲内存块列表，以求找到尺寸大于或等于要求的一块空闲内存。如果这一内存块的尺寸正好与要求相当，就将它返回给调用者，如果是一块较大的内存，那么将对其进行分割，在将一块大小相当的内存返回给调用者的同时，把较小的那块空闲内存块保留在空闲列表中。

  4. malloc需要分配的内存会比实际的size多36byte

  5. mallco如果分配失败，则返回一个空指针（NULL）

  6. 当不需要再使用申请的内存时，记得释放

  7. malloc不会调用构造函数函数

• free

  1. free是将之前用malloc分配的空间还给程序或者是操作系统

  2. free不会调用析构函数

  3. 不能free所申请空间的一部分

  4. 所申请的空间只能free一次，如果free两次以上会出错。（释放空指针例外，释放空指针其实也等于啥也没做，所以释放空指针释放多少次都没有问题）

  5. free()释放的是指针指向的内存！注意！释放的是内存，不是指针！指针并没有被释放，指针仍然指向原来的存储空间。

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2.在C++中使用C库函数申请内存什么情况下会出问题？

1. 在使用malloc对一个含有析构函数的类申请空间，且用delete[]来释放是，程序会出现崩溃

2. 在使用new[]对一个含有析构函数的类申请空间是，用free释放，程序会出现崩溃

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3. C++是如何进行动态内存申请的？

C语言内存管理方式在C++中可以继续使用，同时C++又提出了自己的内存管理方式：C++中通过new和delete运算符进行动态内存管理。

在使用关键字new后会先申请空间，在调用构造函数，在使用delete时，会先调用构造函数，在释放空间。

而关键字new delete在底层会调用自己的重定义函数operator new() 和 operator delete()，而在重定义new和delete中，还是会调用malloc和free，因此new和delete是对malloc和free的封装，并且在一定程度上比malloc和free安全。

因此，一般情况下使用 new 和 delete进行内存申请。

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4. 剖析new、delete、new[]、delete[]的原理

• new

  1. new是一个关键字

  2. new不会出错，不需要检验返回值，即不需要判空

  3. new在底层调用了 void* operator new(size_t size)，而operator在底层有调用了malloc，原型如下：

     void* operator new(size_t nSize)
     {
        return malloc(nSize);
     }

  4. 整个调用过程为：
     new -> 计算字节数->operator new(字节数) -> malloc(字节数)->构造函数

  5. new会自动计算字节数

  6. new先申请空间，在调用构造函数。

• delete

  1. delete是一个关键字

  2. delete在底层调用了operator delete(), operator delete()调用了free,原型如下：

     void operator delete(void* p)
     {
        free(p);
     }

  3. delete的整个调用过程如下

     delete -> 调用析构函数，清理对象中的资源-> dperator delete(p) -> free(p)

  4. delete会自动调用析构函数

  5. delete先调用析构函数，在释放空间

• new[]

  1. new[]在底层调用了 operator new[];

  2. new[]整体的调用过程如下：（test为一个类）

     new test[N]-> operator new[](sizeof(test)*N + 4)->operator new(size) -> malloc(size) ->用N次构造函数

  3. new[]会比new多申请4个字节的空间，用来存放申请空间的个数N

  4. 将对象个数填写到空间的前4个字节后，将空间的首地址向后偏移4个字节

  5. 同样的new[]，会自动的计算空间大小

• delete[]

  1. 从对象前4个字节取析构函数的调用次数N

  2. 调用N次析构函数 — 完创建的对象早释放

  3. delete[]在底层调用了operator delete函数

  4. delete[]整体的调用过程：

     delete[]->向前偏移4字节，取到N -> 调用N构造函数->operator delete[] -> operator delete -> free

• 但存在析构函数时，new[] 会对申请4个字节，且向后偏移4个字节，delete[]会向前偏移4个字节

因此使用delete或者free会崩溃（不会向前偏移，只释放部分空间）

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5. new/delete、new[]/delete[]、 malloc/free之间的区别

• new/delete 和 malloc/free之间的区别

  1. new能够自动计算需要分配的内存空间，而malloc需要手工计算字节数。例如，int* p1=new int[2] , int* p2=malloc(2*sizeof(int))。

  2. new/delete直接带具体类型的指针，malloc/free返回void类型的指针。

  3. new是类型安全的，而malloc不是。例如，int* p=new float[2]，编译时就会报错；而int* p=malloc(2*sizeof(float))，编译时编译器就无法指出错误来。

  4. new一般由两步构成，分别是new操作和构造。new操作对应于malloc，但new操作可以重载，可以自定义内存分配策略，不做内存分配，甚至分配到费内存设备上，而malloc不可以。

  5. new将调用构造函数，而malloc不能；delete将调用析构函数，而free不能。

  6. malloc/free需要库文件stdlib.h支持，new/delete则不需要库文件支持。

• new[]/delete[] 和 new/delete的区别

  1. 类存在显示析构函数时，会多开辟4个字节的空间

  2. new[] 对多次调用构造函数。

  3. delete会多次调用析构函数