深入理解C++系列（05）——C++的内存管理

文章目录

• • 上期回顾
• C/C++ 内存管理
• • 一、本讲核心主线
  • 二、C/C++ 内存分布
  • 三、典型变量位置判断
  • 四、回顾一下C 语言动态内存管理
  • • 1. `malloc`
    • 2. `calloc`
    • 3. `realloc`
    • 4. `free`
  • 五、C++ 动态内存管理：`new/delete`⭐️⭐️⭐️
  • • 1. 操作内置类型
    • 2. 操作自定义类型
    • **知识点总结：**
  • 六、`operator new` 和 `operator delete`
  • 七、`new/delete` 实现原理
  • • 1. 内置类型
    • 2. 自定义类型的 `new` 原理
    • 3. 自定义类型的 `delete` 原理
    • 4. `new T[N]` 原理
    • 5. `delete[]` 原理
  • 八、定位 new：`placement new`⭐️⭐️
  • 九、`malloc/free` 和 `new/delete` 的区别
  • 十、易错点汇总
  • 下期预告
  • 模版初阶
  • 结语

◆ 博主： @此生决int

分享编程知识！深挖底层原理！持续原创更新！

热门专栏： 深入理解 C++系列|算法系列 快速复习系列 |Java 速通系列

📌 本系列知识点前后关联较强，建议按照专栏顺序阅读哦

本系列主要面向的阅读人群

1，学完 C 语言，准备系统学习 C++ 的同学

2，已经学习过 C++，希望重新梳理知识体系的同学

3，想深入理解 C++ 设计思想与底层原理，而不仅仅停留在语法层面的同学

不止教你会写代码，更带你理解代码为什么这样设计！

—

上期回顾

hello，大家好，这里是此生决int，上一期我们终于结束了面向对象的语音C++的一个重要组成部分——类和对象，今天我们就一起来看看变量在C++里面是怎么存储的吧，看看他相较于C语言有哪些改进之处！

C/C++ 内存管理

一、本讲核心主线

这一讲主要解决三个问题：

一句话总结：

malloc/free 只负责堆空间申请和释放；new/delete 除了申请和释放空间，还会对自定义类型自动调用构造函数和析构函数。

二、C/C++ 内存分布

常见内存区域：

三、典型变量位置判断

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);
}

重点结论：

最容易错的是：（后面学string类如果不懂那就是没有理解这里！！！）

char char2[] = "abcd"; // 字符数组，内容拷贝到栈上
const char* pChar3 = "abcd"; // 指针在栈上，字符串常量在常量区

图示：

四、回顾一下C 语言动态内存管理

C 语言中常用：

malloc
calloc
realloc
free

1. malloc

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

特点：

• 在堆上申请指定字节数的空间。
• 不初始化申请到的空间。
• 返回 void*，C++ 中需要强转。
• 申请失败返回 NULL。

注释1 一般都要强转，但C语言存在隐式类型转换，C++不支持，所以必须这样写

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

2. calloc

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

特点：

• 申请 4 个 int 大小的空间。
• 会把空间初始化为 0。

3. realloc

int* p2 = (int*)realloc(p1, sizeof(int) * 10);//注释1

特点：

• 调整原动态内存块大小。
• 可能原地扩容，也可能重新开空间并拷贝旧数据。
• 返回新地址。

注意：

int* p3 = (int*)realloc(p2, sizeof(int) * 10);
free(p3);

这里不需要再 free(p2)，因为 realloc 成功后应以返回的新指针为准。 注释1 这里可以写成这样吗？

p1 = (int*)realloc(p1, sizeof(int) * 10);//注释1

不行！ realloc 如果失败，会返回 NULL，但不会释放原来的内存。如果直接使用：

p = realloc(p, size);

会导致原指针被 NULL 覆盖，从而丢失原内存地址，最终造成内存泄漏。

4. free

free(p);

特点：

• 释放堆空间。
• 只释放空间，不会调用析构函数。注释1

注释1 例如，free（类类型）；他只会释放对应的空间，而不会调用类类型的析构函数。总之，只需要记住：malloc/free、new/delete、new[]/delete[] 一一对应，不能混用。就没有什么问题！（具体的后面标题：2，操作自定义类型会讲到）

五、C++ 动态内存管理：new/delete⭐️⭐️⭐️

C++ 中推荐使用：

new
delete
new[]
delete[]

1. 操作内置类型

int* p1 = new int;//int*p1，定义一个int指针，new int堆上申请一个int大小的空间，但是没有初始化！！！
int* p2 = new int(10);
int* p3 = new int[3];

delete p1;
delete p2;
delete[] p3;

注意匹配：一定要匹配使用。

2. 操作自定义类型

class A
{
public:
A() { cout << "A()" << endl; }
~A() { cout << "~A()" << endl; }
};

A* p = new A;
delete p;

核心区别：

• new A：申请空间 + 调用构造函数。
• delete p：调用析构函数 + 释放空间。

而：

A* p = (A*)malloc(sizeof(A));
free(p);

只会申请和释放空间，不会调用构造和析构。 我的理解： A* p = new A; 既申请了空间，又创建了对象，调用了构造函数， delete p; 他既调用了析构函数，又释放了空间， A* p = (A*)malloc(sizeof(A)); 和free§; 只是申请了空间，没有创建对象，也没有调用构造和析构函数！

知识点总结：

free 只负责释放 malloc 申请的那块原始内存，不会调用对象的析构函数，因此对象内部管理的资源不会被自动释放。 new/delete 不仅负责内存申请和释放，还负责构造函数和析构函数的调用，所以 C++ 中管理类对象通常使用 new/delete。 同时需要保证 malloc/free、new/delete、new[]/delete[] 一一对应，不能混用。

六、operator new 和 operator delete

重点区分：

new 的底层会调用 operator new。 delete 的底层会调用 operator delete。

大致关系：

new -> operator new -> malloc

delete -> operator delete -> free

operator new 申请失败时通常会抛出 bad_alloc 异常，而不是像 malloc 那样返回 NULL。

七、new/delete 实现原理

1. 内置类型

对于内置类型，差别相对较小。

int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int));
int* p2 = new int;

主要区别：

• malloc 失败返回 NULL。
• new 失败抛异常。
• new 写法更简单，不用手动计算字节数和强转。

2. 自定义类型的 new 原理

A* p = new A(10);

步骤：

3. 自定义类型的 delete 原理

delete p;

步骤：

4. new T[N] 原理

A* p = new A[10];

步骤：

5. delete[] 原理

delete[] p;

步骤：

八、定位 new：placement new⭐️⭐️

定位 new 的作用：

在已经分配好的原始内存空间上调用构造函数初始化对象。

格式：

new(place_address) Type;
new(place_address) Type(initializer–list);//Type(初始化列表);

示例：

A* p = (A*)malloc(sizeof(A));//申请空间
new(p) A(10);//指定空间创建对象，并调用构造函数
p->~A();//指定空间调用析构函数
free(p);//释放空间

解释：

使用场景（了解）

常和内存池配合使用。内存池只提供原始内存，自定义类型对象还需要显式构造。

九、malloc/free 和 new/delete 的区别

共同点：

都是从堆上申请空间，都需要用户手动释放。

区别：

最重要区别：

对自定义类型，new/delete 会调用构造函数和析构函数，malloc/free 不会。

十、易错点汇总

下期预告

模版初阶

结语

  本文到此结束，感谢大家的阅读！如果觉得本文对你有所帮助，欢迎点赞、收藏、关注，也欢迎在评论区一起交流讨论。   也欢迎订阅我的 深入理解 C++系列：从语法入门到底层原理，系统掌握现代 C++ 算法系列：从入门到精通，蓝桥杯、ACM、LeetCode 与面试算法全路线 快速复习系列：知识梳理、查漏补缺，考前冲刺必备 Java 速通系列：已学 C 语言，快速上手 Java，轻松备战期末考试

  愿每一次敲下键盘，都比昨天更进一步！

  愿每一行代码落下，都让未来多一种可能！