C/C++内存管理笔记

1.C语言的malloc/realloc/calloc/free

void test()
{
    int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int)*4);

    int* p2 = (int*)calloc(4,sizeof(int));

    int* p3 = (int*)realloc(p1,sizeof(int)*10);
    
    free(p2);
    p2 = NULL;
    
    free(p3);
    p3 = NULL;
}

在C语言中，我们可以通过malloc、calloc、realloc、free来实现内存管理，在C++中，虽然这些方式可以继续使用，但是存在许多不方便之处，因此C++提出了属于自己的内存管理的方式:

通过new和delete操作符进行动态内存管理。

2.new/delete操作内置类型

void Test()
{
	//动态申请一个int类型的空间
	int* p1 = new int;

	//动态申请一个int类型的空间并初始化为1
	int* p2 = new int(1);

	//动态申请10个类型为int的空间
	int* p3 = new int[10];
	
	delete p1;
	delete p2;
	delete[] p3;
}

这是C++中动态内存管理的方式。但是我们要注意：对于p3，我们申请了10个int类型的空间，最后delete的时候，要在delete后面加上[ ] ，对应的格式需要匹配正确，否则部分场景会出现错误。

那么此时就有同学要问了，感觉是简单了一点，但感觉和C语言差不多呢？对于内置类型，这两种方式确实差不了多少，但是如果我们要对一个自定义类型进行内存管理呢？如果对于自定义类型，那么new/delete肯定是更方便的，因为在C++中，new/delete会分别调用自定义类型中的构造函数和析构函数，但是malloc和free不会。

3.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。

/*
 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
*/

void *__CRTDECL operator new(size_t size) _THROW1(_STD bad_alloc)
{
     // try to allocate size bytes
     void *p;
     while ((p = malloc(size)) == 0)
         if (_callnewh(size) == 0)
         {
             // report no memory
             // 如果申请内存失败了，这里会抛出bad_alloc 类型异常
            static const std::bad_alloc nomem;
            _RAISE(nomem);
         }

    return (p);
}

/*
 operator delete: 该函数最终是通过free来释放空间的
*/

 void operator delete(void *pUserData)
 {
     _CrtMemBlockHeader * pHead;

     RTCCALLBACK(_RTC_Free_hook, (pUserData, 0));

     if (pUserData == NULL)
         return;

     _mlock(_HEAP_LOCK);  /* block other threads */
     __TRY

         /* get a pointer to memory block header */

         pHead = pHdr(pUserData);

         /* verify block type */
         _ASSERTE(_BLOCK_TYPE_IS_VALID(pHead->nBlockUse));

         _free_dbg( pUserData, pHead->nBlockUse );

     __FINALLY
         _munlock(_HEAP_LOCK);  /* release other threads */
     __END_TRY_FINALLY

     return;
 }
/*
free的实现
*/
#define free(p)    _free_dbg(p,_NORMAL_BLOCK)

以上两个全局函数我们也不需要了解太多，我们只是通过上面的两个函数得知，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。operator delete 最终是通过free来释放空间的。

4.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/malloc、delete/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[ ]申请和释放的是连续空间，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.调用的时operator new 函数申请空间。

2.在申请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函数释放对象空间。

注意：new先开空间再构造，而delete是先析构再释放空间。

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，完成对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。

5.malloc/free和new/delete的区别

共同点：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/free是函数，new/delete是操作符。
2. malloc申请空间不会初始化，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只需要在其后跟上空间的类型即可。
4. malloc的返回值为void*，在使用时必须强制类型转换，new不需要。
5. malloc申请空间失败时，返回值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，malloc/free只会开辟(释放)空间，不会调用构造(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对象中资源的清理释放。

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