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🌈收录专栏🌈：C++从小白到高手

🌹往期回顾🌹：类和对象（下））

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文章目录

C\C++内存分布c语言动态内存管理方式c++内存管理方式new/delete操作内置类型new/delete自定义内置类型

operator new与operator delete函数new和delete的实现原理内置类型自定义类型

malloc/free和new/delete的区别定位new表达式(placement-new)

C\C++内存分布

下面是一段代码，一起看看这些都分布在内存的什么位置。

<code> int globalVar = 1;

static int staticGlobalVar = 1;

void Test()

{

static int staticVar = 1;

int localVar = 1;

int num1[10] = { 1, 2, 3, 4 };

char char2[] = "abcd";

const char* pChar3 = "abcd";

int* ptr1 = (int*)malloc(sizeof(int) * 4);

int* ptr2 = (int*)calloc(4, sizeof(int));

int* ptr3 = (int*)realloc(ptr2, sizeof(int) * 4);

free(ptr1);

free(ptr3);

}

先介绍一下C\C++中程序内存区域划分。

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。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。堆用于程序运行时动态内存分配，堆是可以上增长的。数据段–存储全局数据和静态数据。代码段–可执行的代码/只读常量。

globalvar在 数据段

staticGlobalvar在 数据段

staticVar在 数据段

localVar在 栈

num1在 栈

globalvar 在局部域的外面，是全局变量。

staticGlobalva在局部域的外面，是全局变量并且是静态的。

staticVar在局部域里面，但是它是静态的。

localVar是整形的，num1是一个数组。这些都存在栈中。

Char2在 栈

*Char2在 栈

pChar在 栈

*pChar3在 代码段

ptr1在 栈

*ptr1在 堆

char2是数组存在栈中，*char2是表示指向的char2数组中第一个数据。

pchar3是局部变量也在栈上面。

pchar3的这串常量字符存在常量区，*pchar3解引用指针指向这个常量字符串。

ptr1是局部变量存在栈上面。

ptr1里在堆上创建空间，*ptr1解引用指针指向堆上的这块空间。

c语言动态内存管理方式

之前写过关于c语言动态内存管理方式，下面是链接：

c语言动态内存管理方式

c++内存管理方式

C语言内存管理方式在C++中可以继续使用，但有些地方就无能为力，而且使用起来比较麻烦，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。

new/delete操作内置类型

<code>#include<iostream>

using namespace std;

int main()

{

//动态申请一个int类型的空间

int* p1 = new int;

//动态申请一个int类型的空间并初始化为10

int* p2 = new int(10);

//动态申请十个int类型的空间

int* p3 = new int[10];

delete p1;

delete p2;

delete [] p3;

return 0;

}

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。

申请多个对象的动态申请如何初始化呢？

<code>int* p4 = new int[10] { 0};//申请对象+初始化

delete[]p4;

int* p5 = new int[10] { 1,2,3,4};//十个对象中，前四个为1，2，3，4后面剩下的初始化为0

delete[]p5;

new/delete自定义内置类型

class A

{

public:

A(int a1 = 0, int a2 = 0)

:_a1(a1)

, _a2(a2)

{

cout << "A(int a1 = 0, int a2 = 0)" << endl;

}

A(const A& aa)

:_a1(aa._a1)

{

cout << "A(const A& aa)" << endl;

}

A& operator=(const A& aa)

{

cout << "A& operator=(const A& aa)" << endl;

if (this != &aa)

{

_a1 = aa._a1;

}

return *this;

}

~A()

{

//delete _ptr;

cout << "~A()" << endl;

}

void Print()

{

cout << "A::Print->" << _a1 << endl;

}

A& operator++()

{

_a1 += 100;

return *this;

}

private:

int _a1 = 1;

int _a2 = 1;

};

当可以默认构造的时候，也就是当A的构造函数是默认构造函数的时候。用下面这种方式很简单。

int main()

{

A* p1 = new A;

A* p2 = new A(2, 2);

A* p3 = new A[3];

delete p1;

delete p2;

delete[]p3;

return 0;

}

但是当构造函数不是默认构造函数时，将上面A的构造改为半缺省的构造函数时就不是默认构造函数了。

之前，时默认构造函数时。

修改后，是半缺省构造函数不是默认构造函数。

<code>int main()

{

A* p1 = new A(1);

A* p2 = new A(2,2);

//多对象初始化时，可以用匿名对象

A aa1(1, 1);

A aa2(2, 2);

A aa3(3, 3);

A* p3 = new A[3]{ aa1, aa2, aa3};

A* p4 = new A[3]{ A(1,1), A(2,2), A(3,3)};

//也可以用类型转换

//A aa1 = { 1, 1 };

A* p5 = new A[3]{ { 1,1}, { 2,2}, { 3,3} };

return 0;

}

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：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

*/

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

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释放

定位new表达式(placement-new)

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。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。