【CC++】内存管理2：new + delete

前言

今天继续来学new和delete

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/delete不是对二者的重载而是两个全局函数 *

下面这段代码知道三点即可：
new和malloc的主要区别在于对自定义类型的创建上
operator new是对malloc的封装 失败时会抛出异常 operator delete是对free的封装
operator new[]调用的也是operator new

	/*
	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)

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。

new和delete的实现原理

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。

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 并且（开辟自定义类型对象且有显式析构函数）时会在开辟的空间前面开辟四个字节存储n
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

图解

这里同一级的先后顺序还是很有意思的
new

先调用析构再调用operator delete
（不然可能对野指针访问）

在这里插入图片描述

定位new表达式式(placement-new) （了解即可）

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（之后会介绍）。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 = 0)
			 : _a(a)
		 {
			 cout << "A():" << this << endl;
		 }
		 ~A()
		 {
			 cout << "~A():" << this << endl;
		 }
	 private:
		 int _a;
 };

 class A {
 public:
	 A(int a = 0)
		 : _a(a)
	 {
		 cout << "A():" << this << endl;
	 }
	 ~A()
	 {
		 cout << "~A():" << this << endl;
	 }
 private:
	 int _a;
 };
 // 定位new/replacement new
 int main()
 {
	 // p1现在指向的只不过是与A对象相同大小的一段空间，还不能算是一个对象，因为构造函数没
	 有执行
		 A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));
	 new(p1)A;  // 注意：如果A类的构造函数有参数时，此处需要传参
	 p1->~A();
	 free(p1);
	 A* p2 = (A*)operator new(sizeof(A));
	 new(p2)A(10);
	 p2->~A();
	 operator delete(p2);
	 return 0;
 }

常见问题

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：

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，如果是多个对象，[]中指定对象个数即可
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