详解C++动态内存管理

1.c的动态内存管理

c语言的动态内存管理使用的函数为malloc/calloc/realloc/free

1.1 malloc/calloc/realloc

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);
    // 这里需要free(p2)吗？
    free(p3 );
}

malloc 和 calloc 都是动态内存申请函数，不同点是：

• malloc 和calloc 的参数不同，前者是申请的字节大小，后者为一个类型的大小和个数，
• malloc 不初始化，calloc 初始化
• malloc 为内存分配一块，calloc 分配n快

realloc是用来扩容的函数，就是你malloc或calloc空间不够的时候，使用realloc来增加空间的。

注意：realloc扩容方式有两种，第一种就是malloc之后，后边的内存依然足够扩容，那么realloc就在之前空间的后面扩容，如果不够，则再找一块内存空间，将之前的数据拷贝到realloc里面，再扩容。

2.C++动态内存管理

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。

2.1 new/delete操作内置类型

int main()
{
	//text1();
	int* a1 = new int;//不初始化
	cout << *a1 << endl;
	delete a1;
	int* a2 = new int(1);//初始化为1
	cout << *a2 << endl;
	delete a2;
 
	int* a3 = new int[3]{1,2,3};//多次开辟，初始化
	int i = 0;
	for (i=0;i<3;i++)
	{
		cout << a3[i] << endl;
	}
 
	delete[] a3;
 
	return 0;
}

注意：开辟一个元素，delete不用加[],开辟多个元素，delete一定要加[],不然会导致出现bug。

2.2 new/delete操作自定义类型

class sss
{
public:
	sss(int a=0,int b=0)
		:_a(a)
		,_b(b)
	{
		;
	}
	~sss()
	{
		_a = 0;
		_b = 0;
	}
 
private:
	int _a;
	int _b;
};
int main()
{
	//使用new
	sss* s1 = new sss[2]{ {1,1},{2,2} };
	delete[] s1;
	//使用malloc
	sss* s2 = (sss*)malloc(sizeof(sss)*2);
	free(s2);
	return 0;
}

注意：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。且malloc不能初始化，new可以初始化，这是两者最大的区别。

2.3 new底层原理

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。

底层代码：

/*
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)

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。

2.4  new 和 delete实现原理

• 内置类型和malloc基本一样，不会有太大差别。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。
• 自定义类型会调用构造函数和析构函数，malloc不会调用。

3.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。

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