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🍉本篇簡介:>:講解C++中的有關內存管理知識,如何new出對象?
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前言

講解C++中有關new的知識,與malloc進行對比,以及深入探索new的實現原理.

一、malloc和new的使用

在C語言階段，我們習慣使用malloc向內存申請空間，但是在C++階段，我們習慣用new在動態內存中創建對象，為什么呢？

1.1 new創建內置類型(int等)

在創建內置類型時,new只是不需要進行強轉和計算內置類型的大小,看起來更加簡潔,方便.

	//malloc申請內置類型int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int));free(p1);//new對比int* ptr1 = new int;delete ptr1;

1.2 new創建數組

new + 對象的類型 + [個數] + (初始化的值)

new + 對象的類型 + [個數] + {num1,num2,…}

需要注意的是,連續的多個空間須使用new[]與delete[]搭配

	//申請數組int* p3 = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);//賦值for (int i = 0; i < 10; i++){p3[i] = i;}//打印for (int i = 0; i < 10; i++){cout << p3[i] << " ";}cout << endl;// new創建數組int* ptr3 = new int[10]{0,1,2,3,4,5,6,7,8,9};for (int i = 0; i < 10; i++){cout << ptr3[i] << " ";}//釋放free(p3);delete[] ptr3;

1.3 創建對象

如何使用new進行創建對象?

#include <iostream>
using namespace std;
#include<stdlib.h>class Date
{
public:Date():_year(2020),_month(6),_day(6){cout << "A()" << endl;}void print(){cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;}~Date(){cout << "~A()" << endl;free(_a);}
private:int _year;int _month;int _day;int* _a=nullptr;
};int main()
{//malloc出對象Date* d1 = (Date*)malloc(sizeof(Date));d1->print();free(d1);//new出對象Date* d2 = new Date;d2->print();delete d2;return 0;
}

運行結果：

-842150451–842150451–842150451
A()
2020-6-6
~A()

通過上段代碼我們發現,malloc只是進行開空間的操作,對象并沒有得到初始化操作.
new則是在開空間的同時,會調用對象的構造函數,將對象進行初始化.

free只是進行簡單的釋放申請的空間,如果對象中存在動態申請的成員,則無法進行釋放.
delete會在釋放申請的對象空間的同時,調用對象的析構函數,徹底的完成空間的清理工作.

1.4 異常處理

對于malloc函數,當malloc申請內存空間失敗的時候,會返回一個NULL指針.
我們通常通過判斷返回值是否為NULL來判斷是否申請成功.

	int* a = (int*)malloc(10000* sizeof(int));if (a == NULL){perror("malloc a fail");//申請失敗時,打印錯誤信息return 0;}

new失敗不會返回NULL,而是通過拋出異常.
在C++中，可以使用try-catch語句來捕獲new操作符拋出的異常。new操作符在內存分配過程中如果失敗，會拋出一個bad_alloc異常。

示例代碼：

try {int* myArray = new int[10000]; // 分配一個包含10000個整數的數組// ...delete[] myArray; 
}
catch (const std::bad_alloc& e) {// 處理內存分配失敗的異常std::cout << "內存分配失敗: " << e.what() << std::endl;
}

在上述代碼中，new操作符用于分配一個包含10000個整數的數組。如果內存分配失敗，將拋出一個bad_alloc異常。catch語句塊接收這個異常，并執行相應的處理代碼。在這個示例中，異常被捕獲后會打印一條錯誤消息。

需要注意的是，catch語句塊中的參數類型應為const std::bad_alloc&，因為bad_alloc是標準異常類，它派生自std::exception，通常以常量引用的形式傳遞給異常處理代碼。

二、malloc和new的區別:(面試熱門)

在C++中，malloc和new都用于在堆上分配內存，但有一些重要的區別。

1. 語法和類型安全性：malloc和free是函數，new和delete是操作符
   (1)malloc是C語言中的函數,malloc需要指定要分配的內存大小，并返回一個指向未初始化內存塊的指針。
   (2)new是C++中的運算符。new可以直接在創建對象時進行初始化，并返回一個指向已經構造的對象的指針。new操作符會執行類型檢查，確保分配的內存與對象類型匹配。

2. 構造函數和析構函數調用：
   (1)使用new分配內存時，會自動調用對象的構造函數進行初始化。
   (2)使用malloc分配內存時，不會調用對象的構造函數，需要手動調用構造函數初始化對象。
   (3)同樣,使用delete釋放new分配的內存時，會自動調用析構函數進行清理工作。而使用free釋放malloc分配的內存時，不會自動調用析構函數，需要手動執行清理操作。

3. 內存大小計算：
   (1)使用malloc分配內存時，需要顯式指定要分配的內存塊的大小，以字節為單位。
   (2)使用new分配單個對象時，編譯器會自動計算所需的內存大小，以對象的類型為基礎。對于數組對象，需要使用new[]和delete[]，同樣會自動計算所需的內存。

4. 異常處理：new在分配內存失敗時，會拋出std::bad_alloc異常，而malloc在分配內存失敗時，返回NULL指針。

5. malloc的返回值為void*, 在使用時必須強轉，new不需要，因為new后跟的是空間的類型

總的來說，new相對于malloc提供了更高級的、更安全的內存分配方式，能夠自動調用構造函數和析構函數，執行類型檢查，并提供異常處理。因此，在C++中，推薦使用new和delete來進行動態內存分配和釋放。如果你需要使用C語言的庫或與C代碼進行交互，可以使用malloc和free。

三、new和delete的深層解密

3.1 解密實現原理

學到這里,我們知道new會代用構造函數,還會拋出異常,那它究竟是怎么實現的呢?

operator new的實現

void *__CRTDECL operator new(size_t size) _THROW1(_STD bad_alloc)
{
void *p;
while ((p = malloc(size)) == 0)//通過mallo開空間if (_callnewh(size) == 0){// report no memory// 如果申請內存失敗了，這里會拋出bad_alloc 類型異常static const std::bad_alloc nomem;_RAISE(nomem);}
return (p);
}

看不懂沒關系,只需要知道operator delete調用了free函數即可

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 );//調用了free函數__FINALLY_munlock(_HEAP_LOCK);  /* release other threads */__END_TRY_FINALLYreturn;
}

free的實現就是一個宏定義_free_dbg(p, _NORMAL_BLOCK)

#define   free(p)               _free_dbg(p, _NORMAL_BLOCK)

我們可以直接調用operator new 和operator delete函數.

void test1()
{A* a1 = (A*)operator new (sizeof(A));A* a2 = (A*)malloc (sizeof(A));operator delete(a1);free(a2);
}
int main()
{test1();return 0;
}

發現operator new 的使用和malloc沒什么區別,
只是一個拋異常.
一個返回NULL.

3.2 通過匯編指令驗證

void test1()
{A* a1 = new A;delete a1;
}

通過調試窗口的反匯編窗口,我們查看A* a1 = new A;對應的匯編指令:

會發現,new操作符果然是調用operator new +構造函數.

查看delete操作符,由于vs編譯器進行了再封裝,我們需要進到下面這條指令里面去看:

不難發現,delete操作符=調用析構函數+調用operator delete函數

好的,本篇有關new操作符和delete操作符的相關知識就講到這里了,希望對大家有所幫助.
如果覺得文章有幫助的話,可以來個一鍵三連嗎?