13.C++内存管理2（C++ new和delete的使用和原理详解，内存泄漏问题）

⭐本篇重点：new, delete的使用和原理

⭐本篇代码：c++学习/04.c++-动态内存管理 · 橘子真甜/c++-learning-of-yzc - 码云 - 开源中国 (gitee.com)

一. new和delete的使用

1.1 操作内置类型

1.2 操作自定义类型

二. new, delete与malloc, free的区别

2.1 相同点

2.2 不同点

三. new/delete原理(operator new 和 operator delete)

3.1 函数operator new / operator delete

3.2 new 和 delete 原理

四. 内存泄漏问题

4.1 什么是内存泄漏？内存泄漏的危害是什么？

4.2 内存泄漏的原因

4.3 避免内存泄漏

五. 下篇文章：STL简介

一. new和delete的使用

new和delete是C++提供的一对操作符，可以完成对内存的管理。常用于完成内置类型和自定义类型的初始化

其中，new用于开辟空间，delete使用释放空间

1.1 操作内置类型

#include <iostream>
using namespace std;int main()
{//1.new申请一个int型的变量，并将其赋值为999int* a = new int(999);//2.new申请10个int型的变量int* nums = new int[10];for (int i = 0; i < 10; i++){nums[i] = i;}cout << *a << endl;for (int i = 0; i < 10; i++){cout << nums[i] << " ";}//释放申请的空间delete a;delete[] nums;return 0;
}

分析：我们申请了并初始化一个变量a，以及一个数组nums。然后输出它们的值。运行结果如下：

要注意new和delete的搭配使用

new和delete用于开辟和释放一个元素。

new 类型[] 和 delete[] 用于开辟和释放连续的空间。

1.2 操作自定义类型

new和delete还能够操作自定义类型。

new初始化自定义类型的时候会调用其构造函数

delete释放自定义类型的时候会调用其析构函数

#include <iostream>
using namespace std;class A
{
public:A(int a = 0):_a(a){cout << "调用A的构造函数" << endl;}~A(){cout << "调用A的析构函数" << endl;}void print(){cout << _a << endl;}
private:int _a;
};
int main()
{A* p1 = new A;p1->print();A* p2 = new A(1);p2->print();A* p3 = new A[5]; //初始化连续的变量delete p1;delete p2;delete[] p3;return 0;
}

运行结果如下：

二. new, delete与malloc, free的区别

2.1 相同点

new/delete 与 malloc/free 都是在堆上开辟空间，并且需要用户手动释放空间

2.2 不同点

new/delete是C++提供的操作符，malloc/free是C语言提供的库函数

new/delete申请空间会对其进行初始化，malloc/free不会进行初始化

new/delete申请空间会调用其构造函数，释放空间会调用析构函数，malloc/free 申请释放空间不会调用构造函数和析构函数

举例:

#include <iostream>
using namespace std;class A
{
public:A(int a = 0):_a(a){cout << "调用A的构造函数" << endl;}~A(){cout << "调用A的析构函数" << endl;}void print(){cout << _a << endl;}
private:int _a;
};int main()
{//new/delete申请空间会初始化cout << "new/delete" << endl;A* p1 = new A;delete p1;//malloc/free申请空间不会初始化cout << "malloc/free" << endl;A* p2 = (A*)malloc(sizeof(A));if (NULL == p2){cout << "malloc error!" << endl;exit(1);}free(p2);p2 = NULL;return 0;
}

malloc申请空间的时候，我们需要将返回的 void* 强制转化为我们需要的类型，并且需要计算我们需要申请的空间，还需要处理返回值为NULL的情况。

new申请空间不需要强转，不许计算大小直接在后面放我们需要申请的空间类型即可，申请多个变量带上[]即可！不过使用new的时候需要捕获异常

三. new/delete原理(operator new 和 operator delete)

3.1 函数operator new / operator delete

new/delete是用于动态申请和释放空间的操作符，而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 和 operator delete的部分源码如下

//operator new: 该函数通过malloc申请空间
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_FINALLYreturn;
}//free的实现
#define   free(p)               _free_dbg(p, _NORMAL_BLOCK)

所以我们知道：operator new这个函数是通过malloc来申请空间的。申请失败的时候会抛出异常，operator delete是通过free来实现释放空间的

3.2 new 和 delete 原理

对于内置类型，new/delete和malloc/free相似。区别见本篇2.2

对于自定义类型：

new原理：

调用函数 operator new 申请空间，然后在申请的空间上调用构造函数完成对象的构造和初始化

delete原理：

先在申请的空间上调用对象的析构函数进行清理，然后调用函数 operator free 进行释放对象的空间

四. 内存泄漏问题

4.1 什么是内存泄漏？内存泄漏的危害是什么？

内存泄漏是因为程序员的疏忽和错误，没有去释放不再使用的内存空间。内存泄漏不是物理内存的消失，而是应用程序分配某段内存后，因为错误设计，导致程序失去了对这段内存的控制，造成空间浪费

内存泄漏的危害：长期运行的程序出现内存泄漏会导致系统越来越卡，直到卡死。

4.2 内存泄漏的原因

内存泄漏一般分为堆内存泄漏和系统资源泄漏。

堆：当我们使用malloc/new申请空间之后，使用完了却没有使用delete/new去释放这段空间。结果就是这段空间无法使用

系统资源泄露：指程序使用系统分配的资源，比方套接字、文件描述符、管道等没有使用对应的函数释放掉，导致系统资源的浪费，严重可导致系统效能减少，系统执行不稳定。