C++中new和delete匹配使用過程詳解
C語言的動態(tài)內(nèi)存管理函數(shù)(malloc、calloc、realloc、free) 雖然可以繼續(xù)在 C++ 使用,但是對于自定義類型成員而言,這些函數(shù)不會自動調(diào)用構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù),于是 C++ 增加了 new 和 delete 關(guān)鍵字
一、new和delete的使用
new 和 delete 用于在堆上申請或釋放一個元素的空間,new[] 和 delete[] 用于在堆上申請或釋放一塊連續(xù)的空間,對于自定義類型空間的開辟,new 和 delete 還會調(diào)用構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)
#include <iostream>
using namespace std;
class Demo
{
public:
Demo(int a1 = 10, int a2 = 20)
: _a1(a1)
, _a2(a2)
{
cout << "Demo()" << endl;
}
void print()
{
cout << _a1 << " " << _a2 << endl;
}
~Demo()
{
cout << "~Demo()" << endl;
}
private:
int _a1;
int _a2;
};
void printIntArr(int* arr, int len)
{
for (int i = 0; i < len; ++i)
{
cout << arr[i] << " ";
}
cout << endl;
}
void printDemoArr(Demo* arr, int len)
{
for (int i = 0; i < len; ++i)
{
arr[i].print();
}
cout << endl;
}
int main()
{
//用 new 申請一個內(nèi)置類型變量的空間
int* pint1 = new int;
cout << *pint1 << endl; //輸出 -842150451
//使用括號中的值初始化變量
int* pint2 = new int(5);
cout << *pint2 << endl; //輸出 5
//用 delete 釋放一個變量的空間
delete pint1;
delete pint2;
//用 new 申請一個自定義類型對象的空間,申請后會自動調(diào)用構(gòu)造函數(shù)
Demo* pd1 = new Demo; //輸出 Demo()
pd1->print(); //輸出 10 20
//自定義類型會根據(jù)括號中的參數(shù)調(diào)用對應(yīng)的構(gòu)造函數(shù)
Demo* pd2 = new Demo(5, 5); //輸出 Demo()
pd2->print(); //輸出 5 5
//用 delete 釋放一個變量的空間,釋放前會自動調(diào)用析構(gòu)函數(shù)
delete pd1; //輸出 ~Demo()
delete pd2; //輸出 ~Demo()
//對內(nèi)置類型用 new[] 開辟一塊連續(xù)的空間
int* pint3 = new int[5]; //[]中表示開辟整形的個數(shù)
printIntArr(pint3, 5); //輸出 -842150451 -842150451 -842150451 -842150451 -842150451
//用花括號中的值初始化開辟的連續(xù)空間,未給值的為 0
int* pint4 = new int[5]{ 1, 2, 3, 4 };
printIntArr(pint4, 5); //輸出 1 2 3 4 0
//對內(nèi)置類型用 delete[] 釋放一塊連續(xù)的空間
delete[] pint3;
delete[] pint4;
//對自定義類型用 new[] 開辟一塊連續(xù)的空間
//申請后會對空間自動調(diào)用構(gòu)造函數(shù) 5 次
Demo* pd3 = new Demo[5]; //輸出 5 行 Demo()
printDemoArr(pd3, 5); //輸出 5 行 10 20
//用花括號中的值初始化開辟的連續(xù)空間
//花括號中如果用小括號會被認(rèn)為是逗號表達(dá)式,會去調(diào)用單參的構(gòu)造函數(shù)
//調(diào)用多參構(gòu)造函數(shù)應(yīng)在花括號中使用花括號,未給的值根據(jù)構(gòu)造函數(shù)決定
Demo* pd4 = new Demo[5]{ (1, 2), {5}, {5, 10}}; //輸出 5 行 Demo()
printDemoArr(pd4, 5); //輸出 第一行 2 20,第二行 5 10 第三行 5 10,兩行 10 20
//對自定義類型用 delete[] 釋放一塊連續(xù)的空間
//釋放之前會對空間自動調(diào)用析構(gòu)函數(shù) 5 次
delete[] pd3; //輸出 5 行 ~Demo
delete[] pd4; //輸出 5 行 ~Demo
return 0;
}
二、operator new和operator delete函數(shù)
operator new 和 operator delete 是系統(tǒng)提供的全局函數(shù),不是 new 和 delete 的運(yùn)算符重載函數(shù)
- operator new 底層是通過 malloc 函數(shù)來申請空間,當(dāng)空間申請成功時直接返回,失敗時拋出異常(不會返回 nullptr),operator new 函數(shù)可以像 malloc 一樣使用,只是失敗時的處理不同
- operator delete 和 free 底層都是是通過 _free_dbg 函數(shù)釋放空間,只不過 operator delete 會對釋放前后進(jìn)行一些檢查
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
//operator new 和 malloc 使用方法一樣
//operator new 申請空間失敗時拋異常
int* pi = (int*)operator new(sizeof(int) * 4);
//operator delete 和 free 使用方法一樣,都會調(diào)用 _free_dbg
//operator delete 在釋放空間時會做一些檢查
operator delete(pi);
return 0;
}

operator new[] 和 operator delete[] 也是系統(tǒng)提供的全局函數(shù),內(nèi)部是通過調(diào)用 operator new 和 operator delete 函數(shù)

三、new和delete的實現(xiàn)原理
如果是內(nèi)置類型,new 和 delete 調(diào)用 operator new 和 operator delete,new[] 和 delete[] 調(diào)用 operator new[] 和 operator delete[]
如果是自定義類型:
#include <iostream>
using namespace std;
class Demo
{
public:
Demo(int a1 = 10, int a2 = 20);
~Demo();
private:
int _a1;
int _a2;
};
Demo::Demo(int a1, int a2)
: _a1(a1)
, _a2(a2)
{
cout << "Demo()" << endl;
}
Demo::~Demo()
{
cout << "~Demo()" << endl;
}
int main()
{
Demo* pd1 = new Demo(5, 5);
delete pd1;
Demo* pd2 = new Demo[2]{ {1, 2}, {2, 3} };
delete[] pd2;
return 0;
}
new:
1. 調(diào)用 operator new 函數(shù)申請空間
2. 在申請的空間上執(zhí)行構(gòu)造函數(shù),完成對象的構(gòu)造
delete:
1. 在空間上執(zhí)行析構(gòu)函數(shù),完成對象中資源的清理工作
2. 調(diào)用operator delete函數(shù)釋放對象的空間

new 類型[N]:
1. 調(diào)用operator new[] 函數(shù),實際上是在 operator new[] 中調(diào)用 operator new 函數(shù)完成 N 個對象空間的申請
2. 在申請的空間上執(zhí)行 N 次構(gòu)造函數(shù)
delete[]:
1. 在釋放的對象空間上執(zhí)行 N 次析構(gòu)函數(shù),完成 N 個對象中資源的清理
2. 調(diào)用 operator delete[] 釋放空間,實際上時在 operator delete[] 中調(diào)用 operator delete 來釋放空間

四、申請空間和釋放空間應(yīng)配套使用
malloc/free、new/delete、new[]/delete[] 需要配套使用,否則總會有出問題的時候
下述代碼不會報錯,會產(chǎn)生內(nèi)存泄漏
#include <iostream>
using namespace std;
class Stack
{
public:
Stack(int capacity = 4)
: _a(new int[capacity])
, _top(0)
, _capacity(capacity)
{
}
~Stack()
{
if (_a)
{
delete[] _a;
_top = _capacity = 0;
}
}
private:
int* _a;
int _top;
int _capacity;
};
int main()
{
Stack* ps = new Stack;
//free(ps); //內(nèi)存泄漏
//delete 釋放內(nèi)存之前會調(diào)用析構(gòu)函數(shù)
delete ps; //正確寫法
return 0;
}

下述代碼在 vs2022 下會崩潰
#include <iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
A(int a = 0)
: _a(a)
{
cout << "A():" << endl;
}
~A()
{
cout << "~A():" << endl;
}
private:
int _a;
};
int main()
{
A* p1 = new A[10];
//free(p1); //崩潰
delete[] p1; //正確寫法
A* p2 = new A[10];
//delete p2; //崩潰
delete[] p2; //正確寫法
return 0;
}

注意:不同的編譯器處理可能不同,這里只代表在 vs2022 編譯器中
五、定位new表達(dá)式
定位 new 表達(dá)式是在已開辟好的原始內(nèi)存空間上調(diào)用構(gòu)造函數(shù)初始化一個對象,使用格式:
new(place_address)type 或者 new(place_address)type(initializer-list)
place_address 必須是一個指針,initializer-list 是類型的初始化列表
定位 new 表達(dá)式在實際中一般是配合 內(nèi)存池 使用,因為內(nèi)存池分配出的內(nèi)存沒有初始化,并且構(gòu)造函數(shù)不可以顯示調(diào)用,所以如果是自定義類型的對象,需要使用定位 new 以進(jìn)行顯示調(diào)用構(gòu)造函數(shù)進(jìn)行初始化
#include <iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
A(int a = 0)
: _a(a)
{
cout << "A()" << endl;
}
~A()
{
cout << "~A()" << endl;
}
private:
int _a;
};
//定位 new 又叫 replacement new
int main()
{
//p1 現(xiàn)在指向的只是與 A 對象相同大小的一段空間,并不是一個對象,因為沒有調(diào)用構(gòu)造函數(shù)
A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));
new(p1)A; //調(diào)用無參的構(gòu)造函數(shù) 輸出 A()
//可以手動調(diào)用析構(gòu)函數(shù),然后釋放空間
p1->~A(); //輸出 ~A()
free(p1);
//p2 現(xiàn)在指向的只是與 A 對象相同大小的一段空間,并不是一個對象,因為沒有調(diào)用構(gòu)造函數(shù)
A* p2 = (A*)operator new(sizeof(A));
new(p2)A(10); //10 是參數(shù),可以根據(jù)參數(shù)調(diào)用對應(yīng)的構(gòu)造函數(shù) 輸出 A()
p2->~A(); //輸出 ~A()
operator delete(p2);
return 0;
}
六、malloc/free和new/delete的區(qū)別
malloc/free 和 new/delete 的共同點(diǎn)是:都是從堆上申請空間,并且需要用戶手動釋放
不同的地方是:
- malloc 和 free 是函數(shù),new 和 delete 是運(yùn)算符
- malloc 申請的空間不會初始化,new 可以初始化
- malloc 申請空間時,需要手動計算空間大小并傳遞,new 只需在其后跟上空間的類型,如果是多個對象,[] 中指定對象個數(shù)即可
- malloc 的返回值為 void*,接收時必須強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換,new 不需要,因為 new 后跟的是空間的類型
- malloc 申請空間失敗時,返回的是NULL,因此使用時必須判空,new 不需要,但是 new 需要捕獲異常
- 申請自定義類型對象時,malloc/free 只會開辟空間,不會調(diào)用構(gòu)造函數(shù)與析構(gòu)函數(shù),而 new 在申請空間后會調(diào)用構(gòu)造函數(shù)完成對象的初始化,delete 在釋放空間前會調(diào)用析構(gòu)函數(shù)完成空間中資源的清理
到此這篇關(guān)于C++中new和delete匹配使用過程詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++ new與delete內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!
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