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【C,C++】内存管理new和delete

努力学习去挣钱 2024-06-17 10:32:06
简介【C,C++】内存管理new和delete

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前言

在我C语言阶段的博客中也有一篇关于动态内存管理的博客,点进来的各位若感兴趣可以去看看:C语言-动态内存管理

点进来的各位应该会对这张图很熟悉:
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如果看了我上一篇博客中Linux里面进程的虚拟地址的话,应该是对这个比较了解了。在我没有学Linux前,对这块还是比较模糊的,学了之后简直是上了一个台阶,各位若是感兴趣的话也可看看:Linux进程概念

正式开始

几道热身题

各位若是觉得自己关于指针这块掌握得比较扎实的话,先给几道题来检验检验。

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);
}

问题来了:

  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?____

  2. 填空题:
    sizeof(num1) = ____;
    sizeof(char2) = ____; strlen(char2) = ____;
    sizeof(pChar3) = ____; strlen(pChar3) = ____;
    sizeof(ptr1) = ____;

答案:在这里插入图片描述
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都是比较基础的,这里大概过一下:
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  1. 栈又叫堆栈–非静态局部变量/函数参数/返回值等等,栈是向下增长的。
  2. 堆用于程序运行时动态内存分配,堆是可以上增长的。
  3. 数据段–存储全局数据和静态数据。
  4. 代码段–可执行的代码/只读常量。

如果前面题对的不多,而且看了图还没懂,我建议把指针再好好学学(●’◡’●)。

C语言动态内存管理方式

简单回忆一下:
malloc / calloc / realloc / free
前三个是开的,free是放的。
malloc是光开辟,calloc是开辟并且初始化,realloc是追加空间。具体细节就不说了,都是C语言的时候学的。

看看这个:

void Test()
{
	int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int));
	free(p1);
	// 1.malloc/calloc/realloc的区别是什么?
	int* p2 = (int*)calloc(4, sizeof (int));
	int* p3 = (int*)realloc(p2, sizeof(int)* 10);

	// 2.这里需要free(p2)吗?
	free(p3);
}

就说这么多,如果不清楚的话看看我最开始给的那篇博客。

C++内存管理

C语言内存管理方式在C++中可以继续使用,但有些地方就无能为力,而且使用起来比较麻烦,因此C++又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。

new/delete操作内置类型

int main()
{
//C语言开单个int
	int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int));
	if (p1 == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		exit(-1);
	}
//C++开单个int
	int* p2 = new int;
//C语言开4个int的数组
	int* p3 = (int*)malloc(sizeof(int) * 4);
	if (p3 == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		exit(-1);
	}
//C++开4个int的数组
	int* p4 = new int[4];
//C语言释放
	free(p1);
//C++释放
	delete p2;
//C语言释放
	free(p3);
//C++释放
	delete[] p4;
	return 0;
}

根据上面的代码就能看出来,C++要便捷不少。
如果在加上对于定义的数据初始化,C++会更简单:
在这里插入图片描述

注意一点:new[]用{}来初始化在C++11有效,C++98不支持。

对于内置类型而言:new / delete 和 malloc / free 没有本质上的区别,只有用法上的区别,new和delete用法稍微简化了一下。

但是对于自定义类型就不一样了。

new和delete对于内置类型

A类定义如下:

class A
{
public:
	A(int a = 0)
		: _a(a)
	{
		cout << "A():" << this << endl;
	}
	~A()
	{
		cout << "~A():" << this << endl;
	}
private:
	int _a;
};

在这里插入图片描述
new之后,会自动调用内置类型的默认构造函数来对类对象中数据进行初始化。
delete的时候会先自动调用内置类型的析构函数来先清理类对象中的数据,然后再释放类对象。
在这里插入图片描述
但是malloc和free不会调用。

结论:new/delete 是为自定义类型准备的。
不仅在堆申请出来,还会调用构造和析构初始化和清理。

new和delete还可以对内置类型开辟数组:
在这里插入图片描述
多出来的也是赋值为0。
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还可以这样写:
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

注意:new/delete 和 new[]/delete[] 一定要配套使用,不然可能出现问题。尤其是对于内置类型。
给个例子:
在这里插入图片描述

new开辟失败

new开辟空间失败的时候是抛异常,至于什么是抛异常得到后面继承和多态再讲了,这里讲不了。反正记住new不需要再像malloc一样开辟完空间再用 if 判断一下指针是否为空了。

operator new与operator delete函数

new和delete是用户进行动态内存申请和释放的操作符,operator new 和operator delete是系统提供的全局函数,new在底层调用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。

来看一下反汇编:
在这里插入图片描述

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。

关于operator new函数:
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关于operator delete函数:
在这里插入图片描述

上面的_free_dbg其实就是free
在这里插入图片描述

通过上述两个全局函数的实现知道,operator new 实际也是通过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。operator delete 最终是通过free来释放空间的。

new和delete的实现原理

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

  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的原理

  1. 在空间上执行析构函数,完成对象中资源的清理工作
  2. 调用operator delete函数释放对象的空间

new T[N]的原理

  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

定位new表达式

定位new表达式是在已分配的原始内存空间中调用构造函数初始化一个对象。

使用格式:
new (place_address) type或者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。

当我们用malloc生成了一个内置类型,但是我们没有对其进行初始化,这时候若类的成员函数是私有的,我们是无法调用构造函数来进行初始化的,想要初始化的话就得用定位new来实现。

例如:
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或者下面这样:
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能看到这个场景非常鸡肋,但是别的场景也讲不了,只能用这个了,定位new现阶段了解一下就行,知道咋用就ok。

面试常考: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,并且需要用户手动释放。不同的地
方是:

  1. malloc和free是函数,new和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

到此结束。。。

风语者!平时喜欢研究各种技术,目前在从事后端开发工作,热爱生活、热爱工作。