1 C语言中动态内存管理方式
1.1 malloc/realloc/calloc和free
需要注意realloc动态内存可能会导致的二次释放问题
void test()
{
//malloc:申请一段空间
char* ptr = (char*)malloc(sizeof(char));
//调整空间大小
char* ptr2 = (char*)realloc(ptr, 2 * sizeof(char));
//申请新的空间，功能类似于malloc
char* ptr3 = (char*)realloc(NULL, sizeof(char));
char* ptr4 = (char*)realloc(ptr3, sizeof(char) * 100);
//ptr指向的空间不能显示释放
free(ptr);
//只能显示释放realloc返回后的空间，传入realloc中的指针空间不能显示释放
free(ptr2);
free(ptr3);
free(ptr4);//ptr3所指向的空间二次释放
//calloc:申请一段空间+全部初始化为0
char* ptr5 = (char*)calloc(4, sizeof(int));
}
2 C++内存管理方式
2.1 new/delete操作内置类型
void test()
{
//用malloc申请一段空间
int* mptr = (int*)malloc(sizeof(int));
//释放空间
free(mptr);
//C++:操作符new申请空间
int* ptr = new int;
//delete:释放空间
delete ptr;
//申请空间+初始化为10--->4byte
int* ptr1 = new int(10);
delete ptr1;
//申请连续空间,baohan包含10个元素---> 40byte,内容为随机值
int* ptr2 = new int[10];
//释放连续空间 delete[]
delete[] ptr2;
}
2.2 new/delete操作自定义类型
class A
{
public:
A()
{
cout << "A()" << endl;
}
A(int a)
:_a(a)
{
cout << "A(int)" << endl;
}
~A()
{
cout << "清理资源" << endl;
cout << "~A()" << endl;
}
private:
int _a = 10;//C++11新玩法：以给成员变量一个缺省值
};
void test()
{
A* mpa = (A*)malloc(sizeof(A));
free(mpa);
cout << "--------" << endl;
//自定义类型：new：申请空间+调用构造函数进行空间内容的初始化
//类型指针 指针变量=new leiixng 类型 --->调用默认构造（无参，全缺省）
A* pa1 = new A;
//类型指针 指针变量= new类型（参数列表）--->调用带参构造
A* pa2 = new A(10);
//自定义类型：delete：调用析构完成资源清理+空间释放
delete pa1;
delete pa2;
//自定义类型：连续空间
//new[]: 申请空间+调用N次构造函数，注意，需要有默认构造函数
A* arrA = new A[3];
//delete[] 调用N次析构+空间释放
delete[] arrA;
}
3 operator new与operator delete
3.1 operator new与operator delete函数
void test()
{
//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。
//operator new不是new运算符重载
//函数原型 void* operator new(size_t n)
void* ptr = operator new(sizeof(int));
//void* ptr2 = new sizeof(int);//编译不会通过
//operator delete: 该函数最终是通过free来释放空间的
//oprator delete 不是delete的运算符重载函数
//void opeartor delete(void *ptr)
void* p1 = nullptr;
int* p2 = nullptr;
operator delete(p1);
operator delete(p2);
delete ptr;
//opeartor new 和 operator delete是全局函数
//tamendeshiyongfangshileisiyu它们的使用方式类似于malloc/free
int* ptr3 = (int*)operator new(sizeof(int));
int* ptr4 = (int*)malloc(sizeof(int));
//operator new:malloc+异常
int ptr5 = (int*)operator new(0x7fffffff);
int* ptr6 = (int*)malloc(0x7fffffff);
//operator delete:用于封装free
//opeartor delete(ptr)
free(ptr);
}
3.2 new和delete的调用规则
class A
{
public:
A(int a=10)
:_a(a)
{}
private:
int _a;
};
void test()
{
//内置类型
//new :operator new--->malloc
int* ptr = new int;
//delete:operator delete--->free
delete ptr;
//new[] :opeartor new[]--->operator new --->malloc
int* ptr2 = new int[10];
//delete[]:opeartor delete[]--->operator delete--->free
delete[] ptr2;
//自定义类型
//new:operator new--->malloc-->调用构造函数
A* pa = new A;
//delete:析构--->opeartor delete-->free;
delete pa;
//new[]: opeartor new[]--->opeartor new--->malloc--->构造函数
A* pa2 = new A[10];
//delete[]: N次析构--->operator delete[]--->operator delete--->free
delete[] pa2;
}
3.3 new和delete实现原理
3.3.1 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。
3.3.2 自定义类型
new的原理
- 调用operator new函数申请空间
- 在申请的空间上执行构造函数，完成对象的构造
delete的原理 - 在空间上执行析构函数，完成对象中资源的清理工作
- 调用operator delete函数释放对象的空间
new T[N]的原理 - 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
- 在申请的空间上执行N次构造函数
delete[]的原理 - 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
- 调用operator delete[]释放空间，实际在operator delete[]中调用operator delete来释放空间
3.4 operator new与operator delete的类专属重载
struct ListNode
{
public:
ListNode(int data=1)
:_data(data)
{
cout << "ListNode()" << endl;
}
~ListNode()
{
cout << "~ListNode()" << endl;
}
void* operator new(size_t n)
{
cout << "operator new" << endl;
//采用内存池的方式
allocator<ListNode>alloc;
cout << "memory pool allocate" << endl;
return alloc.allocate(1);
}
void operator delete(void* ptr)
{
cout << "operator delete" << endl;
allocator<ListNode> alloc;
alloc.deallocate((ListNode*)ptr, 1);
cout << "memory pool deallocate" << endl;
}
private:
int _data = 0;
ListNode* _next = nullptr;
};
void test()
{
ListNode* node = new ListNode;
delete node;
}
可以清晰地看到new和delete的调用规则。
4 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
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。
class A
{
public:
A(int a)
:_a(a)
{
cout << "A(int)" << endl;
}
private:
int _a;
};
void test()
{
A* pa = (A*)malloc(sizeof(A));
//初始化已有空间
//new 定位表达式：new(指针) 类型(参数列表(可选))
//对空间进行初始化，显示调用构造函数
new(pa) A(10);
//显示调用析构，完成资源清理
pa->~A();
free(pa);
}
5 malloc/free 和 new/delete的区别
面试常考
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：
- malloc和free是函数，new和delete是操作符
- malloc申请的空间不会初始化，new可以初始化
- 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
- 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
- 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
- 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