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【C++动态内存管理】
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一、C/C++内存分布
一张图重温一下C/C++内存分布。
二、C++中动态内存管理
C++中的动态内存管理需要用到关键字new、delete。
2.1new/delete操作内置类型
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
//动态申请一个整形的空间,没有初始化
int* ptr1 = new int;
//动态申请一个整形的空间,并初始化成10
int* ptr2 = new int(10);
//动态申请10个整形空间大小的数组,没有初始化
int* ptr3 = new int[10];
//动态申请10个整形空间大小的数组,全部初始化成0
int* ptr4 = new int[10]{0};
delete ptr1;
delete ptr2;
delete[] ptr3;
delete[] ptr4;
return 0;
}
2.2new/delete操作自定义类型
#include<iostream>
using namespace std;
class Vector
{
public:
Vector()
{
cout << "Vector()默认构造函数调用" << endl;
}
Vector(int size,int capacity)
{
Size = size;
Capacity = capacity;
Arr = new int[Capacity] {0};
cout << "Vector()有参构造函数调用" << endl;
}
~Vector()
{
cout << "~Vector()析构函数调用" << endl;
}
private:
int Size;
int Capacity;
int* Arr;
};
int main()
{
Vector* ptrV1 = new Vector;
delete ptrV1;
return 0;
}
由上图可见new会调用自定义的构造函数、delete会调用自定义的析构函数。
所以在一些场景下大大方便了我们代码的编写。比如下图:
new在初始化的时候特别的灵活。比如:
#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
A(int val)
{
cout << "有参构造函数调用" << endl;
Val1 = val;
}
A(const A& a)
{
cout << "拷贝构造函数调用" << endl;
Val1 = a.Val1;
}
private:
int Val1;
};
int main()
{
//方式1
A* a1 = new A(10);
//方式2
A* a2 = new A[10]{ 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
//方式3
A* a3 = new A[6]{ A(1),A(2),A(3),A(4),A(5),A(6) };
return 0;
}
四、new和delete的实现原理
4.1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。
4.2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
五、 定位new表达式(placement-new)
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
#include<iostream>
using namespace std;
class Vector
{
public:
Vector()
{
cout << "Vector()默认构造函数调用" << endl;
}
Vector(int size,int capacity)
{
Size = size;
Capacity = capacity;
Arr = new int[Capacity] {0};
cout << "Vector()有参构造函数调用" << endl;
}
~Vector()
{
cout << "~Vector()析构函数调用" << endl;
}
private:
int Size;
int Capacity;
int* Arr;
};
int main()
{
//Vector* ptrV1 = new Vector;
//delete ptrV1;
//Vector* ptrV2 = new Vector(0, 4);
//delete ptrV2;
Vector* ptrV3 = (Vector*)malloc(sizeof(Vector));
Vector* ptrV4 = (Vector*)malloc(sizeof(Vector));
new(ptrV3)Vector;
new(ptrV4)Vector(0,4);
ptrV3->~Vector();
ptrV4->~Vector();
return 0;
}
使用场景:
定位new表达式在实际中一般是配合内存池使用。因为内存池分配出的内存没有初始化,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。(以后再说)
六、总结
malloc/free和new/delete的区别
1.malloc和free是函数,new和delete是操作符。(operator new/operator new[]、delete/delete[])
2.malloc申请的空间不会初始化,new可以初始化,而且初始化的方式特别的灵活。
3.malloc的返回值为void*,在使用时必须强转,new不需要,因为new后面跟的是空间类型。
4.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。
5.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。