C++中基本的内存管理

C/C++内存分布

1. 栈：非静态局部变量，函数参数，返回值等，栈是向下增长的
2. 内存映射段：装载一个共享的动态内存库
3. 堆：用于程序运行时动态内存分配，可以向上增长
4. 数据段：存储全局变量和静态数据
5. 代码段：可执行的代码、只读常量

C语言中内存管理方式

malloc（申请空间）、calloc（申请空间并进行零初始化）、realloc（调整空间大小，原地调整大小或重开空间，拷贝内容，释放原空间）

free（释放空间）

C++内存管理

new / delete 操作内置类型

申请空间：

int* ptr1 = new int;//动态申请一个int类型的空间
int* ptr2 = new int(10);//动态申请一个int类型的空间并初始化为10
int* ptr3 = new[10];//动态申请10个int类型的空间

• 单个类型的空间：new + 类型

• 连续空间：new + 类型[个数]

• 单个类型空间申请 + 初始化：new + 类型（初始值）

释放空间：

delete ptr1;
delete ptr2;
delete[] ptr3;

• 单个空间delete 指针
• 连续空间：delete[ ] 指针

new / delete操作自定义类型

动态创建自定义类型的对象：

class Date
{
public:
  Date(int year)
  {
    _year = year;
  }
private:
  int _year;
};

void test()
{//new：动态开空间 + 调用构造函数初始化
  Date* pd1 = new Date(2020);
  Date* pd2 = new Date(2019);//调用默认构造：无参构造，全缺省构造
  Date* pd3 = new Date[10];
}

• 申请单个空间：new 自定义类型（参数列表），调用构造函数初始化
• 申请连续空间：new 自定义类型[个数] ， 自动调用默认构造进行初始化，如果没有则编译器报错

释放自定义类型的空间：

delete pd1;//调用一次析构 + 释放空间
delete pd2;//调用一次析构 + 释放空间
delete[] pd3;//调用十次析构，因为Date[10] + 释放空间

• 调用析构函数清理资源 + 释放空间

operator new 与 operator delete函数

void* operator new(size_t n)

• 不是运算符重载函数，而是一个全局函数

• 使用方式和malloc类似

• 封装malloc + 异常处理机制

申请失败会抛出bad_alloc类型异常

执行过程：operator new --> malloc --> 构造函数

void operator delete(void* ptr)

• 不是运算符重载函数
• 使用方式和free类似
• 封装free

_只有自定义类型才会调用构造函数和析构函数_

operator new 与 operator delete的类专属重载

struct Node
{
public:
  Node()
  {
    cout << "Node()" << endl;
  }
  void operator new(int data)
  {
    void* p = nullptr;
    p = allocator<Node>().allocate(1);
    cout << "mem pool allocate" << endl;
    return p;
  }
  void operator delete(Node* ptr)
  {
    allocator<Node>().deallocate((Node*)ptr, 1);
    cout << "mem pool deallocate" << endl;
  }
private:
  int _data;
  Node* _next;
};

void test()
{
  Node* np1 = new Node;
  Node* np2 = new Node[10];
  
  delete np1;
  delete[] np2;
}

new / delete 原理

内置类型：

• new ： operator new --> malloc 失败抛异常

• delete ： operator delete --> free

• new [] : operator new[] --> operator new --> malloc

• delete [] : operator delete[] – > operator delete --> free

• 和malloc区别：new空间申请失败抛异常，malloc空间申请失败返回空指针

• 和free区别：没有本质区别，delete封装了free操作

自定义类型：

• new ： operator new --> malloc --> 构造函数 失败抛异常

• delete ： 析构函数 --> operator delete --> free

• new [] : operator new[] --> operator new --> malloc --> N此构造函数

• delete [] : N次析构函数 --> operator delete[] – > operator delete --> free

• 和malloc区别：new空间申请失败抛异常，malloc空间申请失败返回空指针，new会调用自定义类型的构造函数，完成初始化，malloc不会

• 和free区别：delete会调用自定义类型的析构函数，完成资源清理的工作，free不会

new定位表达式：new（地址）类型（参数列表）

：在已经开好的空间上显示调用构造函数

new（pd）Date（2030）；

Date* pd = (Date*)malloc(sizeof(Date));
new (pd)Date(2030);
Date* pd2 = (Date*)malloc(sizeof(Date));
new (pd2)Date;