【C++】new、delete

1 C/C++程序的内存开辟

首先我们先了解一下C/C++程序内存分配的几个区域：

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);
}

1. 栈区（stack）： 在执行函数时，函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建，函数执行结束时这些存储单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率很高，但是分配的内存容量有限。 栈区主要存放运行函数而分配的局部变量、函数参数、返回数据、返回地址等。
2. 堆区（heap）： 一般由程序员分配释放， 若程序员不释放，程序结束时可能由 OS 回收 。分配方式类似于链表。
3. 数据段（静态区） （ static ）存放全局变量、静态数据。程序结束后由系统释放。
4. 代码段： 存放函数体（类成员函数和全局函数）的二进制代码。
   这幅图中，我们可以发现普通的局部变量是在栈上分配空间的，在栈区中创建的变量出了作用域去就会自动销毁。但是被static修饰的变量是存放在数据段(静态区)，在数据段上创建的变量直到程序结束才销毁，所以数据段上的数据生命周期变长了。

2 malloc、calloc、realloc、free

在C语言中，我们经常会用到malloc,calloc和realloc来进行动态的开辟内存；同时，C语言还提供了一个函数free，专门用来做动态内存的释放和回收。其中他们三个的区别也是我们需要特别所强调区别的。

2.1malloc、calloc、realloc区别

malloc函数是向内存申请一块连续可用的空间，并返回指向这块空间的指针。

calloc与malloc的区别只在于calloc会在返回地址之前把申请的空间的每个字节初始化为0。

realloc函数可以做到对动态开辟内存大小的调整。

我们通过这三个函数的定义也可以进行功能的区分：

void Test ()
{
int* p1 = (int*) malloc(sizeof(int));
free(p1);
 
int* p2 = (int*)calloc(4, sizeof (int));
int* p3 = (int*)realloc(p2, sizeof(int)*10);
 
free(p3 );
}

3 C++内存管理

我们都知道，C++语言是兼容C语言的，因此C语言中内存管理方式在C++中可以继续使用。但是有些地方就无能为力了，并且使用起来也可能比较麻烦。因此，C++拥有自己的内管管理方式：通过new和delete操作符进行动态内存管理。

3.1 new、delete操作内置类型

int main()
{
	// 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3个int类型的空间(数组)
	int* ptr3 = new int[3];
 
	// 动态申请3个int类型的空间,初始化第一个空间值为1
	int* ptr4 = new int[3]{ 1 };
 
	delete ptr1;
	delete ptr2;
	delete[] ptr3;
	delete[] ptr4;
 
	return 0;
}

我们首先通过画图分析进行剖析代码：

我们在监视窗口看看这3个变量

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[]，要匹配起来使用。

3.2 new、delete操作自定义类型

class A {
public:
	A(int a = 0)
		: _a(a)
	{
		cout << "A():" << this << endl;
	}
	~A()
	{
		cout << "~A():" << this << endl;
	}
private:
	int _a;
};
int main()
{
	A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));
	A* p2 = new A(1);
	free(p1);
	delete p2;
 
	return 0;
}

在这段代码中，p1是我们使用malloc开辟的，p2是通过new来开辟的。我们编译运行这段代码。

发现输出了这两句，那这两句是谁调用的呢?

在申请自定义类型的空间时，new会自动调用构造函数，delete时会调用析构函数，而malloc和free不会。

3.3new、malloc处理失败

int main()
{
	void* p0 = malloc(1024 * 1024 * 1024);
	cout << p0 << endl;
 
	//malloc失败，返回空指针
	void* p1 = malloc(1024 * 1024 * 1024);
	cout << p1 << endl;
 
	try
	{
		//new失败，抛异常
		void* p2 = new char[1024 * 1024 * 1024];
		cout << p2 << endl;
	}
	catch (const exception& e)
	{
		cout << e.what() << endl;
	}
 
	return 0;
}

我们能够发现，malloc失败时会返回空指针，而new失败时，会抛出异常。

4.malloc、free和new、delete的异同

4.1malloc/free和new/delete的共同点

都是从堆上申请空间，都需要用户手动释放空间。

4.2malloc/free和new/delete的不同点

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
4：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
5：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
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