C++动态内存管理解剖new/delete详细讲解（operator new,operator delete）

在这里插入图片描述
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一、C++中动态内存管理

1.new和delete操作内置类型

2.new和delete操作自定义类型

二、operator new与operator delete函数

三、operator new[]与operator delete[]函数

四、new和delete的实现原理

五、完结撒❀

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一、C++中动态内存管理

我们在C语言中所学习的动态内存函数：malloc，calloc，ralloc这些在C++中也可以继续进行使用，但是使用起来比较麻烦，并且一些地方留有不足，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。

再强调一次：new和delete是两个操作符。

1.new和delete操作内置类型

操作方式如下：

void Test()
{
  // 动态申请一个int类型的空间
  int* ptr1 = new int;
  
  // 动态申请一个int类型的空间并初始化为10
  int* ptr2 = new int(10);
  
  // 动态申请10个int类型的空间
  int* ptr3 = new int[10];
  
  //delete完成空间的销毁
  delete ptr1;
  delete ptr2;
  //销毁连续多个空间
  delete[] ptr3;
}

new和delete对动态内存开辟的操作就是这么朴实无华。

在这里插入图片描述这里注意一下初始化开辟的一个空间数据用（），开辟多个空间内存用[ ],初始化开辟的多个空间类型数据用{}，操作如下：

int* ptr0 = new int[10] {1, 2, 3, 4, 5};
delete[] ptr0;

注意：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。

2.new和delete操作自定义类型

操作如下：

class A
{
public:
	A(int a = 0)
		: _a(a)
	{
		cout << "A():" << this << endl;
	}

	~A()
	{
		cout << "~A():" << this << endl;
	}
private:
	int _a;
};
int main()
{
	// 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
	A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));
	A* p2 = new A(1);
	free(p1);
	delete p2;

	// 内置类型是几乎是一样的
	int* p3 = (int*)malloc(sizeof(int)); // C
	int* p4 = new int;
	free(p3);
	delete p4;

	A* p5 = (A*)malloc(sizeof(A) * 10);
	A* p6 = new A[10];
	free(p5);
	delete[] p6;
	return 0;
}

大家可以运行上面代码，研究观察new和delete与malloc和free的区别。

注意：在申请自定义类型的空间时，new会调用构造函数，delete会调用析构函数，而malloc与free不会。

二、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。

我们针对代码转到反汇编就可以看到：

在这里插入图片描述
而对于operator new其底层实现是通过malloc函数实现的，operator delete其底层是通过free实现的

见下图：

在这里插入图片描述
这里的_free_dbg表示的就是free，因为free函数是一个宏：

#define   free(p)       _free_dbg(p, _NORMAL_BLOCK)

不仅从汇编我们可以认识operator new函数和operator delete函数，我们还可以看一下其是如何实现的：

/*
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)

上面operator new函数和operator delete函数的实现代码大家简单看一下，理解即可，看不懂没有关系

重点是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。

三、operator new[]与operator delete[]函数

我们在开辟多个类型数据时用new T[N],其内部调用的是operator new[]函数，而operator new[]函数其实就是由operator new函数实现完成的，见下面汇编代码：

在这里插入图片描述

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同理delete[]函数内部实现是由operator delete[]函数实现的，而operator delete[]函数内部实现也是由operator delete函数所实现的：

在这里插入图片描述

operator new[]函数内部实现逻辑由operator new函数实现，那么为什么还需要operator new[]函数呢?

在上面的学习中，我们强调过new和delete配对使用，而new[]要和delete[]进行配对使用，new[]和delete[]是在创建多个类型数据时进行使用，这里对于内置类型来说的话其实没多大意义（因为内置类型不需要调用构造函数和析构函数），主要在自定义类型上面

new和delete在创建和销毁自定义类型分别会自动调用构造函数和析构函数，所以我们在创建多组自定义类型数据时需要根据自定义类型的个数来确定一共需要调用几次构造函数和析构函数

class A
{
public:
	A(int a = 0)
		:_a(a)
	{
		cout << "A(int a = 0)" << this << endl;
	}

	~A()
	{
		cout << "~A()" << this << endl;
	}
private:
	int _a;
};

int main()
{
	A* ptr1 = new A; //operator new + 1次构造
	A* ptr2 = new A[10];//operator new[] + 10次构造

	delete ptr1;//1次析构 + operator delete
	delete[] ptr2;//10次析构 + operator delete

	return 0;
}

而调用operator new[]函数就实现了对类型数据个数的存储，我们可以看下代码：

class A
{
public:
	A(int a = 0)
		:_a(a)
	{
		cout << "A(int a = 0)" << this << endl;
	}

	~A()
	{
		cout << "~A()" << this << endl;
	}
private:
	int _a;
};

int main()
{
	A* ptr1 = new A[3];

	delete[] ptr1;

	return 0;
}