【C++杂货铺】内管管理

🌈前言🌈

📁 C/C++中内存分布

📁 new 和 delete的使用

📁 new 和 delete的优点

📁 new 和 delete的原理

📂 operator new 和 operator delete函数

📂 内置类型

📂 自定义类型

📁 内存泄漏

📁 总结

🌈前言🌈

欢迎收看本期【C++杂货铺】，本期内容讲解C++内存管理。包含了C++中内存分布情况，如何进行内存管理，使用new和delete操作符开辟/释放空间等，此外将介绍C++中new 和 delete的优点和原理。

此外，本期内容可能会涉及到类和对象的部分概念，如果你还不是很了解，可以快速阅览以下文章：

【C++杂货铺】详解类和对象 [上]-CSDN博客

【C++杂货铺】详解类和对象 [中]-CSDN博客

【C++杂货铺】详解类和对象 [下]-CSDN博客

📁 C/C++中内存分布

程序运行会被加载到内存，程序的代码和数据则会在内存中存储在不同地方，通过内存地址进行访问。

内存地址是计算机中用来标识存储单元位置的一个唯一的数字。在计算机中，每个存储单元都有一个唯一的地址，通过这些地址可以访问和操作存储器中的数据。内存地址通常用十六进制表示。

为了方便管理不同的类型的数据，如全局变量和局部变量，就会在内存中划分出不同区域。

当然这只是简单的了解一下内存分布，如果你学过操作系统的内容，你就会知道，C/C++中的内存概念其实都是虚拟内存，不是真实的物理内存。

上图中，不同书籍可能会有偏差，如果只学过语言，只需要知道有栈，堆，数据段，代码段即可。其中栈存放局部变量，形参等数据，堆则是由程序员自己手动开辟，存放数据。

所以，堆区则是我们进行内存管理的区域了。

📁 new 和 delete的使用

学过C语言可能知道，想要在C语言中开辟内存空间需要使用malloc函数，释放资源使用free函数。

下图是malloc和free函数的使用示例。

开辟1个int类型数据的空间
int* pa = (int*)malloc(sizeof(int));
if(pa == NULL )
    return 1;

free(pa);

开辟10个int类型数据的空间
int* parr = (int*)malloc(sizeof(int) * 10 );

释放连续地址空间只需要给出首元素地址即可
free(parr);

我们可以看出使用malloc函数非常的不方便，例如只开辟空间，不能完成初始化；需要手动判断内存是否开辟成功。

此外，最重要的是，对于自定义类型，是需要构造函数初始化，但是malloc开完空间后，不能调用构造函数。

所以C++语言就引入了两个操作符new 和 delete。

下图是new 和 delete操作符的使用示例。

int* pa = new int;
delete pa;

int* parr = new int[10];
delete[] parr;

申请和释放单个元素的空间，使用 new 和 delete 操作符，申请和释放连续的空间，使用 new[] 和 delete[] ，注意：匹配起来使用

📁 new 和 delete的优点

上文中，我们已经知道了new 和 delete 操作符的部分优点：

1. 编译器会自动检查内存空间是否成功开辟，如果失败，则会抛异常。

2. 可以完成初始化的工作。对于自定义类型，会调用它的构造函数和析构函数。

int* pa = new int(1);

//如果是不完全初始化，后面会用0代替。
int* parr = new int(10){1,2,3,4,5};

📁 new 和 delete的原理

以上我们简单了解了new和delete操作符的基本使用，想要彻底掌握，我们就从底层了解new和delete的区别以及底层实现。

📂 operator new 和 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)

通过两个全局函数的实现就知道了，operator new 实际通过malloc来申请空间，如果malloc申请成功直接返回（原地扩容），否则执行用户提供的空间不足的措施（异地扩容），如果用户提供改措施，则会继续申请，否则抛异常。

operator delete 最终通过free来释放空间。

📂 内置类型

如果申请的是内置类型的空间（int , double，指针...），new和malloc ，delete和free基本类似，不同之处在于：new 和 delete 是申请和释放单个元素空间，new[]和delete[]申请的是连续空间，释放连续的空间。而且new申请空间时会抛异常，malloc则会返回NULL。