总述

俗话说，没有理解过底层的c&c++程序员一定不是个优秀的程序员(doge)，因此，在本篇博客中，将会大体地讲述一些c&c++程序内存管理的部分知识，并且再浅谈一下c++中是新增的操作(new,delete)如何进行动态内存管理的。

C&C++程序内存区域划分

首先我们需要了解一下C/C++程序中的数据是如何进行分布的，看下面这张图：

1. 栈又叫做堆栈，用于存放非静态局部变量/函数参数/返回值等等，栈是向下生长的(朝内存地址减小的方向生长)

• 在c/c++内存分配中，对于栈来说其数据是通过编译器自动进行管理的，无需我们手动控制，编译器会自动释放内存
• 栈的空间很小，一般只有几MB的大小。

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内存，做进程间的通信。
3. 堆用于程序运行时的动态内存分配，堆是向上生长的(朝内存地址增大的方向增长)

区别于栈，堆中的内存管理需要程序员控制，因此需要避免内存泄漏的问题。

4. 数据段(静态区): 存储全局数据和静态数据
5. 代码段(常量区): 存储可执行的代码/只读常量

C++内存管理方式

在C语言中，我们进行动态内存管理是用<stdlib.h>库文件中的malloc/calloc/realloc/free进行的，这些方式在C++中当然可以继续使用，但是有些地方就显得无能为力了，而且使用起来比较麻烦，因此C++也制作了一套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

运用new/delete操作内置类型

看下面代码:

void Test()
{
	//动态申请一个int类型空间
	int* ptr = new int;
	//动态申请一个int类型的空间并将其初始化为10
	int* ptr2 = new int(10);
	//动态申请10个int类型的空间
	int* ptr3 = new int[10];
	
	//释放空间
	delete ptr;
	delete ptr2;
	delete ptr3;
}

是的，使用方法就是 new 类型名，在类型名之后括号内的内容表示对其进行初始化，而[]表示初始化对象的个数。

**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[]，切记一定要匹配起来使用！！！

new和delete操作自定义类型

对于自定义类型，new/delete和malloc/free差别确实不大，但是对于自定义类型来说，可以说new/delete简直是为自定义类型量身定做的！

看下面的代码:

#include <iostream>
#include <cstdlib>
using namespace std;
class A
{
private:
	int _a;
	int* _parr;
public:
	A(int a = 0)
		:_a(a)
		,_parr(new int[10])
	{
		cout << "A(int a = 0)" << endl;
	}
	~A()
	{
		delete[] _parr;
		cout << "~A()" << endl;
	}
	void set()
	{
		_parr = new int[10];
	}
};

int main()
{
	//new/delete和malloc/free最大的区别就是
	//对于自定义类型除了开空间还会调用构造和析构函数


	A* Pa1 = (A*)malloc(sizeof(A));
	//malloc不会自动调用构造函数，必须得自己手动实现一个
	Pa1->set();

	A* pa2 = new A(10);
	//new支持分配空间时同时初始化

	A* pa3 = new A;
	//若申请空间时不进行初始化，将会调用默认构造函数

	Pa1->~A();
	//使用free之前需要自己调用析构函数，防止内存泄露
	free(Pa1);

	delete pa2;
	delete pa3;
	//使用delete在释放空间之前会先调用pa2的析构函数
	return 0;
}

该代码运行结果如下：

是的，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和free不会！

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来申请空间，delete在底层调用operator delete全局函数来释放空间。
下面是库中operator new和 operator delete的源码：

/* 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)

通过观察上述两个全局函数的实现知道，operator new实际上也是通过malloc来申请空间，如果malloc申请成功就直接返回，否则执行用户提供的空间不足的应对策略，如果用户提供该策略就继续申请，否则抛异常。operator delete最终也是通过free来释放空间的。

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可能有人会问，为什么不直接底层用malloc和free来实现new和delete操作符，而还要再封装一层operator new和operator delete函数呢？

那是因为c++语言中对于程序运行中出现的问题采用的是抛异常的方法，而对于c语言内置的malloc和free函数，其在内存申请失败仅仅返回空指针，这有点不符合c++的要求，所以才需要在malloc的基础上再次进行了封装。

new和delete操作符的实现原理

对于内置类型来说，new/delete和malloc/free基本是相似的，需要注意的一点是：
new/delete申请和释放的是单个元素的空间，而new[]和delete[]申请的是连续空间。

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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。
  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[]中世纪调用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[] 同理

通过观察反汇编，可以看到new操作符确实调用了operator new函数和构造函数

malloc/free 和 new/delete 的区别

最后，我们来总结一下这两类的区别把！

共同点： 都是从堆上申请空间，并且需要用户手动释放。

不同点：

1. malloc 和 free 是函数，new 和delete是操作符
2. malloc申请的空间不会初始化，new可以初始化
3. malloc申请空间是需要手动计算空间大小并传递，new只需在其后跟上空间类型即可，如果是多个对象，[]中指定对象个数即可
4. malloc的返回值为void*，在使用是必须进行强转，new不需要
5. malloc申请空间失败是返回NULL,因此使用时必须判空，new不需要，但是new需要捕获异常
6. 申请自定义类型对象时，malloc/free只会开辟空间，不会调用构造函数和析构函数，而new在折你去哪个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。

以上便是所有区别啦，对于这些区别，大家一定不要死记硬背，而是要理解的去记忆，这样才能有更好的效果！

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对于c&c++内存管理方面的知识就到此结束啦！如果博主有哪些地方没有讲明白或者有错误的话，欢迎评论区指出哦！😘