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C++中new和delete匹配使用過程詳解

 更新時(shí)間:2023年02月14日 10:58:47   作者:[Pokemon]大貓貓  
關(guān)于 new 和 delete 的使用相信大家并不陌生,可是為什么使用 new 的時(shí)候要用 delete,使用 new[] 的時(shí)候又要用 delete[]呢?本文就來和大家詳細(xì)說說

C語(yǔ)言的動(dòng)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(duì)于自定義類型成員而言,這些函數(shù)不會(huì)自動(dòng)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(qǐng)或釋放一個(gè)元素的空間,new[] 和 delete[] 用于在堆上申請(qǐng)或釋放一塊連續(xù)的空間,對(duì)于自定義類型空間的開辟,new 和 delete 還會(huì)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(qǐng)一個(gè)內(nèi)置類型變量的空間
	int* pint1 = new int;
	cout << *pint1 << endl; //輸出 -842150451
	//使用括號(hào)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(gè)變量的空間
	delete pint1;
	delete pint2;
	//用 new 申請(qǐng)一個(gè)自定義類型對(duì)象的空間,申請(qǐng)后會(huì)自動(dòng)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(huì)根據(jù)括號(hào)中的參數(shù)調(diào)用對(duì)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(gè)變量的空間,釋放前會(huì)自動(dòng)調(diào)用析構(gòu)函數(shù)
	delete pd1;	//輸出 ~Demo()
	delete pd2;	//輸出 ~Demo()
	//對(duì)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(gè)數(shù)
	printIntArr(pint3, 5);	//輸出 -842150451 -842150451 -842150451 -842150451 -842150451
	//用花括號(hào)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(duì)內(nèi)置類型用 delete[] 釋放一塊連續(xù)的空間
	delete[] pint3;
	delete[] pint4;
	//對(duì)自定義類型用 new[] 開辟一塊連續(xù)的空間
	//申請(qǐng)后會(huì)對(duì)空間自動(dòng)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(hào)中的值初始化開辟的連續(xù)空間
	//花括號(hào)中如果用小括號(hào)會(huì)被認(rèn)為是逗號(hào)表達(dá)式,會(huì)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(hào)中使用花括號(hào),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(duì)自定義類型用 delete[] 釋放一塊連續(xù)的空間
	//釋放之前會(huì)對(duì)空間自動(dòng)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(qǐng)空間,當(dāng)空間申請(qǐng)成功時(shí)直接返回,失敗時(shí)拋出異常(不會(huì)返回 nullptr),operator new 函數(shù)可以像 malloc 一樣使用,只是失敗時(shí)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(huì)對(duì)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(qǐng)空間失敗時(shí)拋異常
	int* pi = (int*)operator new(sizeof(int) * 4);
	//operator delete 和 free 使用方法一樣,都會(huì)調(diào)用 _free_dbg
	//operator delete 在釋放空間時(shí)會(huì)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(shí)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(qǐng)空間

2. 在申請(qǐng)的空間上執(zhí)行構(gòu)造函數(shù),完成對(duì)象的構(gòu)造

delete:

1. 在空間上執(zhí)行析構(gòu)函數(shù),完成對(duì)象中資源的清理工作

2. 調(diào)用operator delete函數(shù)釋放對(duì)象的空間

new 類型[N]:

1. 調(diào)用operator new[] 函數(shù),實(shí)際上是在 operator new[] 中調(diào)用 operator new 函數(shù)完成 N 個(gè)對(duì)象空間的申請(qǐng)

2. 在申請(qǐng)的空間上執(zhí)行 N 次構(gòu)造函數(shù)

delete[]:

1. 在釋放的對(duì)象空間上執(zhí)行 N 次析構(gòu)函數(shù),完成 N 個(gè)對(duì)象中資源的清理

2. 調(diào)用 operator delete[] 釋放空間,實(shí)際上時(shí)在 operator delete[] 中調(diào)用 operator delete 來釋放空間

四、申請(qǐng)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(huì)有出問題的時(shí)候

下述代碼不會(huì)報(bào)錯(cuò),會(huì)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(huì)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(huì)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(gè)對(duì)象,使用格式:

new(place_address)type 或者 new(place_address)type(initializer-list)
place_address 必須是一個(gè)指針,initializer-list 是類型的初始化列表

定位 new 表達(dá)式在實(shí)際中一般是配合 內(nèi)存池 使用,因?yàn)閮?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(duì)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(duì)象相同大小的一段空間,并不是一個(gè)對(duì)象,因?yàn)闆]有調(diào)用構(gòu)造函數(shù)
	A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));
	new(p1)A;	//調(diào)用無(wú)參的構(gòu)造函數(shù) 輸出 A()
	//可以手動(dòng)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(duì)象相同大小的一段空間,并不是一個(gè)對(duì)象,因?yàn)闆]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(duì)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(qǐng)空間,并且需要用戶手動(dòng)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(qǐng)的空間不會(huì)初始化,new 可以初始化
  • malloc 申請(qǐng)空間時(shí),需要手動(dòng)計(jì)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(gè)對(duì)象,[] 中指定對(duì)象個(gè)數(shù)即可
  • malloc 的返回值為 void*,接收時(shí)必須強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換,new 不需要,因?yàn)?new 后跟的是空間的類型
  • malloc 申請(qǐng)空間失敗時(shí),返回的是NULL,因此使用時(shí)必須判空,new 不需要,但是 new 需要捕獲異常
  • 申請(qǐng)自定義類型對(duì)象時(shí),malloc/free 只會(huì)開辟空間,不會(huì)調(diào)用構(gòu)造函數(shù)與析構(gòu)函數(shù),而 new 在申請(qǐng)空間后會(huì)調(diào)用構(gòu)造函數(shù)完成對(duì)象的初始化,delete 在釋放空間前會(huì)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(qǐng)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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