C/C++内存管理

前言

1、C/C++内存划分

2、C语言中的动态内存管理方式

3、C++内存管理方式

3.1操作内置类型

3.2操作自定义类型

3.3为什么对应的new和delete必须搭配使用（了解）

4、operator new与operator delete函数

5、new和delete的实现原理

5.1内置类型

5.2自定义类型

6、 malloc/free和new/delete的区别

前言

在上一篇文章中我们讲完了类和对象的基本内容，而大家也知道，C++是一个注重底层逻辑的语言，所以我们这一篇文章讲一讲C语言和C++中的内存管理，让大家对底层内存的划分和内存管理的方式（也就是如何开辟空间与销毁空间有一个较为浅显的认知）

1、C/C++内存划分

C/C++在内存划分上是一致的，都是按照下图的样式进行划分的。

【说明】

1. 栈又叫堆栈--非静态局部变量/函数参数/返回值等等，栈是向下增长的。

2. 内存映射段是高效的I/O映射方式，用于装载一个共享的动态内存库。用户可使用系统接口创建共享共享内存，做进程间通信。

3. 堆用于程序运行时动态内存分配，堆是可以上增长的。

4. 数据段--存储全局数据和静态数据。

5. 代码段--可执行的代码/只读常量。

栈区的空间较小，通常只有几个MB，但是堆区空间相对较大，有几个GB，所以不用怕申请空间时不够用，还有一点就是字符串数组放在栈区，而字符串是常量，放在代码段。

2、C语言中的动态内存管理方式

C语言中是通过malloc/calloc/realloc/free这几个函数进行动态内存管理的，相信这些内容大家在C语言中已经学过了这几个函数，就简单描述一下区别：

1、malloc直接开辟空间，不对空间进行初始化

2、calloc在开辟空间的同时，还会把空间里的内容初始化为0

3、realloc不能直接开辟空间，它是用于对malloc和calloc开辟的内存进行扩充。

3、C++内存管理方式

3.1操作内置类型

大家都知道C++是对C语言的改进与优化，而C语言中动态开辟方式较为繁琐，还需要进行强制类型转换等，所以就有了new和delete两个操作符。

void Test()
{// 动态申请一个int类型的空间int* ptr4 = new int;// 动态申请一个int类型的空间并初始化为10int* ptr5 = new int(10);// 动态申请10个int类型的空间int* ptr6 = new int[3];delete ptr4;delete ptr5;delete[] ptr6;
}

但是大家需要注意的是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[]，两者不能混合使用。

3.2操作自定义类型

new/delete和malloc/free对于内置类型上的作用基本没有区别，但是在自定义类型中会有区别，申请的是自定义类型空间时，new同时会调用构造函数，delete会调用析构函数，而malloc和free不会。

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)); // Cint* 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;
}

之前一直说 new 类型【】，delete【】和 new 类型，delete必须搭配使用，为什么呢，我们来简要讲解一下，下面内容大家了解即可，不必深究。

3.3为什么对应的new和delete必须搭配使用（了解）

当然，如果大家搭配使用，会发现有的时候编译器并不会报错，甚至有时候报错了，再重新运行一次又没错误了。我们以下述例子为例，讲解一下：

当你以开辟了一个内置类型数组空间时，用如下方式：

int main()
{int* ptr = new int[10];delete ptr;return 0;
}

你虽然混合使用了new 类型【】和delete，但是编译器并没有报错，但是当你换为自定义类型后就有可能会报错，那么什么情况下会报错呢，就是你显式写了析构函数，那么为什么会报错呢，我们来讲解一下：

int main()
{A* ptr = new A[10];delete ptr;return 0;
}

当你上述代码正确使用，即使用delete【10】 ptr；时你转到汇编语言你会发现（这里我们假设申请的空间ptr为80个字节），我们真实申请出的空间并不是80个字节，而是84个字节，为什么会多申请4个字节呢，其实这个这多申请的四个字节是用来存放具体开辟了几个A类型对象大小的空间，就比如说以上例子，存储的就是10，真实开辟的空间大致如下：

此时因为你用的是delete【】，所以编译器会自动向前移动四个字节，把开辟出的84个字节全部清理掉，但是如果你用的delete，还显式写出了析构函数，那么就会报错，因为你是从开辟的空间的中间开始析构的，这是不被允许的，如果你没有显式写出析构函数，编译器会认为你没有开辟空间，自然也就不会开辟那四个字节的空间，所以你析构的位置就是正确的。

多余开辟的四个字节的空间其实是为了告诉delete，我们到底开辟了几个自定义类型大小的空间，但是如果是内置类型，就不会开辟这一个整形的空间，因为编译器自己底层会处理，至于如何处理，不必深究。

讲到这里，如果大家能看懂，应该就知道为什么不能混用了吧。那我们接着来将后续内容吧！！！

4、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。

那大家可能不理解为什么已经有了malloc和free，还要搞出new和delete呢，其实C++是一个比较喜欢将异常抛出的语言，而不是像malloc一样开辟空间失败会返回NULL，但是其实new的底层时operator new，而operator new的底层是malloc。

operator new和operator delete并不是运算符重载，他们就是两个函数。

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，如果用户设置了应对措施，则继续申请，否则抛异常，程序终止。

当抛出异常，我们就可以使用try{} catch（）{}对异常进行捕获，这个后面会学，了解一下即可。

operator delete: 该函数最终是通过free来释放空间的。

通过上述内容我们可以知道，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。

5、new和delete的实现原理

5.1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。

5.2自定义类型

⚪new的原理

1. 调用operator new函数申请空间

2. 在申请的空间上执行构造函数，完成对象的构造

⚪delete的原理

1. 在空间上执行析构函数，完成对象中资源的清理工作

2. 调用operator delete函数释放对象的空间

⚪new T[N]的原理

1. 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

2. 在申请的空间上执行N次构造函数

⚪delete[]的原理

1. 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

2. 调用operator delete[]释放空间，实际在operator delete[]中调用operator delete来释放空间