C++与C语言动态内存管理的不同 new与malloc

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了C++与C语言动态内存管理的不同 new与malloc。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方,请大家不吝赐教,您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

 

目录

1.C语言动态内存管理方式

2.C++中动态内存管理

2.1 new和delete操作内置类型

2.2 new和delete操作自定类型

2.3 为什么delete要带[ ] 

3.new申请空间失败

4.operator new 与 operator delete 函数

5.new与delete的是实现原理

5.1 内置类型

5.2 自定义类型

6.定位new表达式(了解即可)

7.malloc/free和new/delete的区别


1.C语言动态内存管理方式

C语言中主要使用malloc/calloc/realloc/free进行动态内存管理,如果对C语言动态内存管理不太了解的可以去看一下动态内存管理 --- C语言-CSDN博客。我们先看下面代码进行一下复习。

void Test ()
{
    int* p1 = (int*) malloc(sizeof(int));
    free(p1);
    
    //calloc 会对空间进行初始化为1 
    int* p2 = (int*)calloc(4, sizeof (int));
    int* p3 = (int*)realloc(p2, sizeof(int)*10);

    free(p3 );
    //这里需要free(p2)吗?
    //不需要,realloc在对空间扩容时,异地扩容会将p2释放掉,
    //原地扩容p2与p3指向空间相同,释放一次即可
}

2.C++中动态内存管理

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

2.1 new和delete操作内置类型

C++兼容C语言,内置类型的动态申请,用法简化了,功能保持一致
int main()
{
    //申请一个int空间
	int* p2 = (int*)malloc(sizeof(int));
	//自动计算大小,不需要强转
	int* p3 = new int;
    
    //申请10个int空间
	int* p4 = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);
	int* p5 = new int[10];
    
    //释放内存
	free(p2);//单个对象
	free(p4);//多个对象

	delete p3;//单个对象
	delete[] p5;//多个对象 需要加上[]

	//new额外支持初识化的功能,malloc不支持
	int* p6 = new int(1);//初始化
	int* p7 = new int[10] {1, 2, 3};//与数组初始化相似,初始化了前3个,没有初始化的是0
	int* p8 = new int[10] {};//默认是0

	
	return 0;
}

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[],注意:匹配起来使用。

2.2 new和delete操作自定类型

看到这里可能大家会有疑问,new和delete能完成的好像malloc也能完成,那设计new和delete的目的是什么,那就是处理自定义类型

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

class A
{
public:
	A(int i = 1)
	{
		_a = i;
		cout << "A()" << endl;
	}

	A(const A& aa)
	{
		_a = aa._a;
		cout << "const A& aa" << endl;
	}

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

private:
	int _a;
};

int main()
{
	//malloc没有办法很好的支持动态申请的自定义对象初始化
	//malloc只会开空间,不会调用构造函数
	A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));
	//p1->A(1);//构造函数是在定义时自动调用,不支持手动调用

	//自定义类型,开空间+调用构造函数初始化
	A* p2 = new A;
	A* p3 = new A(3);

	//自定义类型,调用析构函数+释放空间
	delete p2;
	delete p3;

	A* p4 = new A[10];
	delete[] p4;

	A aa1(1);
	A aa2(2);
	A* p5 = new A[10]{ aa1,aa2 };//前两个拷贝构造
	delete[] p5;

	A* p6 = new A[10]{ A(1),A(2)};//前两个拷贝构造匿名对象
	delete[] p6;

	A* p7 = new A[10]{ 1,2 };//隐式类型转换,进行初始化
	delete[] p7;

	return 0;
}

注意: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

自定义类型销毁时(程序结束时)才会调用析构函数,内置类型指针不会。示例:

typedef int DataType;

class Stack
{
public:
	Stack(int capacity = 4)
		:_top(0)
		, _a(nullptr)
		,_capacity(capacity)
	{
		_a = new DataType[capacity];
		//new申请空间失败后,不再返回空

		cout << "Stack(int capacity = 4)" << endl;
	}

	~Stack()
	{
		delete[] _a;
		_top = 0;
		cout << "~Stack()" << endl;
	}

private:
	int _top;
	DataType* _a;
	int _capacity;
};

int main()
{
	Stack s1;//销毁时会调用析构函数
    Stack* s2 = new Stack;
	delete s2;//销毁时不会调用析构函数,需要手动delete调用析构函数
	return 0;
}
//自定义类型销毁时才会调用析构函数,
//Stack* 是指针,指针是内置类型,不写delete不会调用析构函数  

2.3 为什么delete要带[ ] 

int main()
{
	Stack* ptr2 = new Stack;
	delete ptr2;
	//free(ptr2)//有问题,不会调用析构函数,会发生内存泄漏

	int* p1 = new int[10];
	//free(p1);
	//delete p1;//不会内存泄漏,因为加[]是为了调用多次析构函数,而int是内置类型,
	delete[] p1;   

	A* p2 = new A[10];
	//free(p2);//没有析构函数,没有问题,如果有析构函数,而且是new[],
    //就会多申请4个字节的空间来存放调用析构函数的次数,返回的指针会向后偏移4个字节。
	//delete p2;//出问题的本质是指针的位置不对,应该向后偏移4个字节
	delete[] p2;

	//不同编译器可能不同,匹配使用即可

	return 0;
}

3.new申请空间失败

malloc 申请空间失败,会返回空指针,new申请空间失败不会返回0,而是会抛异常,所以不用检查返回值,需要捕获异常。通常情况只要不是要申请的空间太大都会申请成功,抛异常这里了解一下即可,以后文章会详细讲解。

int main()
{
	try
	{
		char* p1 = new char[0x7fffffff];//有符号最大值 32位会new失败,抛异常
		//异常会直接跳到catch,可以直接或间接,在try内,没有捕获异常,程序会直接终止掉


		//char* p1 = new char[1000000000];//10亿字节1G
		//cout << p1 << endl;
		//其他指针类型都会按指针的形式打印
		//而char*会按字符串打印
		//cout打印不了char* 类型的指针,只能强转打印,或者printf打印
		//cout << (void*)p1 << endl;
	}
	catch(const exception& e)//捕获失败
	{
		cout << e.what() << endl;
	}
	return 0;
}

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

int main()
{
	Stack* ptr1 = (Stack*)operator new(sizeof(Stack));
	//operator new 内使用的malloc 只是出现错误会出现抛异常
	operator delete(ptr1);
	//operator delete与operator new实际上不是给我们用的,是给库里面用的

	return 0;
}

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,否则就抛异常这是为了与C语言申请空间返回空指针不同operator delete 最终是通过free来释放空间的。
 

5.new与delete的是实现原理

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

6.定位new表达式(了解即可)

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。

示例:

int main()
{
	Stack* pst = (Stack*)operator new(sizeof(Stack));
	
    //pst->Stack();//构造不允许显示调用
	new(pst)Stack(4);//显示调用构造函数

	//Stack* pst = new Stack(4);上面两步相当于一步new
	  
	pst->~Stack();//析构可以显示调用
	//但是这里不对,因为没有初始化栈,指针是野指针,会释放野指针
	
	operator delete (pst);

	//delete pst; //上面两步相当于一步delete

	return 0;
}

7.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

  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

本篇结束!文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-715016.html

到了这里,关于C++与C语言动态内存管理的不同 new与malloc的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容,请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章,希望大家以后多多支持TOY模板网!

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