前言

如果你学过C语言，你一定被malloc、calloc、realloc、free这套东西折磨过。手动计算大小、强制类型转换、判断空指针、记得释放……一个不小心就是内存泄漏或者野指针。C++引入了new和delete，看起来只是换个写法，但背后的设计哲学和C语言完全不同同时也为我们解决了上述的一些麻烦，本篇文章我们将进行深入的了解。

文章目录

前言

一、C/C++内存分布

二、C语言中动态内存管理的方法

三、C++内存管理方式

对内置类型进行操作

对自定义类型进行操作

四、operator new与operator delete函数

五、new和delete的实现原理

内置类型

自定义类型

new的原理

delete的原理

new T[N]的原理

delete[]的原理

六、malloc/free和new/delete的区别

一、C/C++内存分布

我们在C语言学习阶段，已经大概知道了内存的分布，以及几个重要的空间，我们根据下面的图片再回顾一下：

1. 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。

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

创建共享共享内存，做进程间通信。（这部分我们还没学习过，现在只需要了解一下）

3. 堆用于程序运行时动态内存分配，堆是可以上增长的。

4. 数据段--存储全局数据和静态数据。

5. 代码段--可执行的代码/只读常量。

本质上讲：其实就是把不同生命周期的变量进行统计分类。

那我们看看下面一个问题考验一下自己：

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);
}

选项: A.栈 B.堆 C.数据段(静态区) D.代码段(常量区)
globalVar在哪里？____（全局变量）staticGlobalVar在哪里？____（静态变量）

staticVar在哪里？____（静态局部变量）localVar在哪里？____（函数中的非静态局部变量）
num1 在哪里？____（数组名代表首元素的地址，数组在栈帧中）

char2在哪里？___ （首元素地址）*char2在哪里？___（首元素）

pChar3在哪里？____（首元素地址）*pChar3在哪里？____（常量） ptr1在哪里？____ （数组首元素地址应该在栈帧里）*ptr1在哪里？____（申请的变量应该在堆里）

CCCAAAAADAB

这里注意

• 字符串字面量"abcd"在常量区，不可修改。尝试pChar3[0] = 'x'会导致运行时错误

• char2[] = "abcd"则不同：它在栈上开辟了5个字节的空间（包括\0），然后把常量区的"abcd"拷贝过来，所以可以修改

二、C语言中动态内存管理的方法

我们在学习C语言内存管理时，常用的几个方法是malloc realloc calloc free,用法看下面的讲解：

void Test()
{
	// 1.malloc/calloc/realloc的区别是什么？
	int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int) * 4);//开辟4个整形大小的空间
	int* p2 = (int*)calloc(4, sizeof(int));//开辟4个整形大小的空间并将所有元素初始化为0
	int* p3 = (int*)realloc(p2, sizeof(int) * 10);//在p2的基础上进行扩容，扩成10个整形的大小
	// 这里需要free(p2)吗？
	//很显然不需要，当我们free(p3)，那么p2的空间也被释放了
	free(p1);
	free(p3);
}

三、C++内存管理方式

我们就会发现，那个怎么那么麻烦？每次都要算成字节的大小，还要强制类型转换、判断空指针……，一不小心就会掉坑里了。好，那么我们C++为了简单一点，就在此基础上重新实现了C++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。

对内置类型进行操作

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
	int* p1 = new int;//相当于（int*)malloc(sizeof(int));
	int* p2 = new int(5);//将申请的变量初始化为5
	int* p3 = new int[5](1, 2, 3, 4, 5);//申请了五个整形大小的空间，并依次进行初始化
	int* p4 = new int[5](1, 2, 3);//剩下的初始化为0
	delete p1;
	delete p2;
	delete[] p3;
	delete[] p4;
	return 0;
}

我们发现确实是比C语言的那一套方法要方便很多。

对自定义类型进行操作

#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
	A(int a=1)
		: _a(a)
	{
		cout << "A(int a = 1)"<< endl;
	}
	~A()
	{
		cout << "~A()" << endl;
	}
private:
	int _a;
};
int main()
{
	A* a = new A;
	delete a;
	A* a1 = new A(3);
	delete a1;
	A* a2 = new A[3](1, 2, 3);
	delete[] a2;
	return 0;
}

调用时发现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与free不会。那我们能想到，类会有默认构造以及析构对吧？当我们破坏时看看会怎样？

编译器就直接报错了，所以我们在创建类时，要写好类的构造函数以及析构函数。

四、operator new与operator delete函数

/*
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)