一、C/C++内存分布

我们先来看下面的一段代码和相关问题：

代码语言：javascript

AI代码解释

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);
}

问题：

在这里插入图片描述

解答：

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

二、C语言内存管理方式

对于C语言中的内存管理方式可参考：【C语言中动态内存管理】，有助于我们在偏底层一点的了解C++内存管理方式。

三、C++内存管理方式

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。

3.1 new/delete操作内置类型

代码语言：javascript

AI代码解释

void Test()
{
    // 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10个int类型的空间
    int* ptr3 = new int[3];

    // 动态申请10个int类型的空间并初始化
    int* ptr4 = new int[3] {1,2,3};

    delete ptr1;
    delete ptr2;
    delete[] ptr3;
    delete[] ptr4;
}

调试结果：

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

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。

可能对于内置类型的操作并没有显著的区别，接下来，我们来看一下new和delete操作自定义类型吧。

3.2 new和delete操作自定义类型

以Date类为类：

代码语言：javascript

AI代码解释

class Date
{
public:
    Date(int year = 2025, int month = 9, int day = 9)
    {
        std::cout << "Date(int year = 2025, int month = 9, int day = 9)" << std::endl;
    }
    ~Date()
    {
        std::cout << "~Date()" << std::endl;
    }
private:
    int _year = 2024;
    int _month = 1;
    int _day = 1;
};

int main()
{
    Date* pd = new Date;

    delete pd;
    return 0;
}

在这里插入图片描述

申请连续空间并初始化：

代码语言：javascript

AI代码解释

class Date
{
public:
    Date(int year = 2025, int month = 9, int day = 9)
    {
        std::cout << "Date(int year = 2025, int month = 9, int day = 9)" << std::endl;
    }
    ~Date()
    {
        std::cout << "~Date()" << std::endl;
    }
private:
    int _year = 2024;
    int _month = 1;
    int _day = 1;
};

int main()
{
    Date* pd = new Date[2]{ {1,1,1},{2,2,2} };

    delete[] pd;
    return 0;
}

对于这段代码，我们来强调一个点，也算是对类和对象的复习：

代码语言：javascript

AI代码解释

// 严格按C++标准分析（不考虑编译器优化）：
Date* pd = new Date[2]{ {1,1,1},{2,2,2} };

// 这行代码的执行过程：
// 1. 调用operator new[]分配容纳2个Date对象的连续内存空间
// 2. 对于数组中的每个元素：
//    a. 首先用初始化列表 {1,1,1} 构造临时Date对象（调用普通构造函数）
//        Date temp1(1, 1, 1);
//    b. 然后用临时对象拷贝构造数组第一个元素（调用拷贝构造函数）
//        new(pd) Date(temp1);
//    c. 销毁临时对象（调用析构函数）
//        temp1.~Date();
//    
//    d. 用初始化列表 {2,2,2} 构造临时Date对象（调用普通构造函数）
//        Date temp2(2, 2, 2);
//    e. 然后用临时对象拷贝构造数组第二个元素（调用拷贝构造函数）
//        new(pd+1) Date(temp2);
//    f. 销毁临时对象（调用析构函数）
//        temp2.~Date();

在这里，已经看得很明白了： 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。 对于内置类型前面说过，是几乎是一样的。

所以可以看出： 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。

四、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。 我们将会从底层两者的实现来进行了解

4.1 operator new

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（后续会针对抛异常单独写篇文章），现在我们只需知道如果申请内存失败了，这里会抛异常。