文章目录1. 先分清两件事内存放在哪里对象是否已经存在2. C 的动态分配拿到的是内存不是 C 对象的构造过程3. new 与 delete先从内置类型看语法和初始化4. 对自定义类型分配和构造必须连起来看5. new 表达式和 operator new 函数不是同一个东西6. 拓展placement new定位 new7. 为何要严格匹配内存开辟与释放规则8. 小结1. 先分清两件事内存放在哪里对象是否已经存在在 C 中我们常用“栈、堆、数据段、代码段”来描述一个典型程序的内存布局。下面用一段 C 代码来观察变量与它具体指向的内容#includeiostream//定义全局静态变量intglobal_value1;staticintfile_value2;intmain(){//静态变量staticintlocal_static3;//普通变量intlocal_value4;intlocal_array[2]{5,6};//指针变量constchar*textC;//动态开辟内存int*dynamic_valuenewint(7);std::coutglobal_value: global_valuestd::endl;std::coutfile_value: file_valuestd::endl;std::coutlocal_static: local_staticstd::endl;std::coutlocal_value: local_valuestd::endl;std::coutlocal_array[0]: local_array[0]std::endl;std::couttext: textstd::endl;std::cout*dynamic_value: *dynamic_valuestd::endl;deletedynamic_value;}运行示例global_value、file_value和local_static具有静态存储期通常放在静态区数据段local_value、local_array、text和dynamic_value这些局部变量通常位于栈帧中。指针变量和它指向的内容不是同一块东西dynamic_value自身是局部变量*dynamic_value是动态创建的整数对象空间占用在堆上text自身是局部指针而字符串字面量具有静态存储期通常位于只读区域。2. C 的动态分配拿到的是内存不是 C 对象的构造过程先把熟悉的四个函数放在一张表里进行对比C 函数主要作用须记住的边界malloc(bytes)分配指定字节数内容未初始化失败返回空指针calloc(count, bytes)分配并将字节置零字节置零但不等于调用 C 构造函数realloc(ptr, new_bytes)调整既有分配块成功后旧指针失效地址可能改变失败时原块仍有效free(ptr)释放上述函数得到的分配块不调用 C 析构函数free(nullptr)安全下面是一个 C 语言的内存管理示例只对整数数组使用calloc/realloc。#includestdlib.h#includestdio.hintmain(){int*values(int*)calloc(3,sizeof(int));if(valuesNULL){perror(calloc fail!);return1;}int*grown(int*)realloc(values,5*sizeof(int));if(grownNULL){perror(realloc fail!);free(values);return1;}valuesgrown;// 成功后只能继续使用新指针printf(%d %d\n,values[3],values[4]);values[3]30;// 扩出来的字节不能假定已清零values[4]40;printf(%d %d\n,values[3],values[4]);free(values);return0;}运行示例前两次打印时由于未给新分配好的内存空间赋值所以打印随机值正常分配后则输出30 40。如果直接写values realloc(values, ...)失败返回的空指针会覆盖原地址从而导致原块无法释放内存泄漏。在 C 中调用这些函数时若是用来开辟自定义类型的对象时它们不会调用类的构造函数。对已经由new创建的对象也不能用realloc扩容。3.new与delete先从内置类型看语法和初始化new T创建一个T对象new T[n]创建一个含n个对象的数组。相较于手写malloc(n * sizeof(T))new根据类型和元素个数决定所需存储并直接返回相应类型的指针对应地单个对象用delete数组用delete[]。// 完整示例内置类型的不同初始化方式#includeiostreamintmain(){int*anewint;// 值未初始化先赋值再读取int*bnewint(10);// 初始化为 10int*cnewint();// 值初始化得到 0int*dnewint[3];// 三个元素的值未初始化随机值int*enewint[3]();// 三个元素均值初始化为 0int*fnewint[3]{1,2,3};//三个元素按照给定元素初始化int*gnewint[3]{1};//第一个元素按给定元素初始化其余为0*a5;d[0]1;d[1]2;d[2]3;std::cout*a: *astd::endl;std::cout*b: *bstd::endl;std::cout*c: *cstd::endl;for(size_t i0;i3;i){std::coutd[i]:d[i] ;}std::coutstd::endl;std::coutstd::endl;for(size_t i0;i3;i){std::coutf[i]:f[i] ;}std::coutstd::endl;std::coutstd::endl;for(size_t i0;i3;i){std::coutg[i]:g[i] ;}deletea;deleteb;deletec;delete[]d;delete[]e;delete[]f;delete[]g;}运行示例普通new分配失败时通常抛出std::bad_alloc而中断程序而不是像malloc那样返回空指针所以写if (p nullptr)并不能处理普通new的分配失败。后续可以使用异常处理中的try...catch来进行异常的捕捉。4. 对自定义类型分配和构造必须连起来看在C中动态开辟类对象时比整数时多了一段关键过程new自动调用构造函数让对象可用delete自动调用析构函数在对象结束前清理资源。这也是与 C 的内存管理有差别的地方malloc是函数而new是操作符。下面的Cell类在构造时申请一个整数内存在析构时释放它。// 完整示例单个对象与对象数组的生命周期#includeiostreamclassCell{public:explicitCell(intvalue0):_value(newint(value)){std::cout构造 *_valuestd::endl;}~Cell(){std::cout析构 *_valuestd::endl;delete_value;}private:int*_value;};intmain(){Cell*onenewCell(7);deleteone;Cell*threenewCell[3];delete[]three;}运行示例正常执行时先输出一次“构造 7、析构 7”再输出三次“构造 0”和三次“析构 0”。new Cell[3]要能逐个构造因此这里的Cell需要有可不传参数的构造函数默认构造函数delete[]要结束全部数组元素的生命再释放数组占用的存储。如果把delete one改成free(one)析构函数不会执行_value指向的资源无法经由析构函数释放所以就可能导致崩溃、破坏分配器状态。单个元素也可能暂时看不出异常。但还是建议尽量配对使用并且尤其注意释放开辟的数组时使用方括号delete[]。5.new表达式和operator new函数不是同一个东西名字接近职责却不同写法做什么是否构造或析构对象new Cell(7)new表达式取得存储并初始化一个对象调用构造函数delete pdelete表达式结束对象生命并释放存储调用析构函数::operator new(sizeof(Cell))分配函数只取得原始存储不调用构造函数::operator delete(raw)释放函数只释放原始存储不调用析构函数在通常的路径中可以把过程想成new Cell(7) : 取得足够且对齐的存储 - 在其中构造 Cell - 得到 Cell* delete p : 对 Cell 执行析构 - 释放其占用的存储operator new≠new表达式全局operator new常由运行库在底层借助malloc或其他分配器实现但标准并不要求它必须调用malloc。不要混淆调用operator new不会产生对象只是一块未初始化内存直接当成Cell *去使用属于未定义行为。operator new/operator delete可以被类重写类内重载new表达式语法本身不能重载。6. 拓展placement new定位 new如果你已经用operator new拿到裸内存想要手动执行构造函数就用定位 newvoid*raw::operatornew(sizeof(Cell));// 只分配内存没有对象Cell*objnew(raw)Cell(7);// placement new在raw这块内存上调用构造函数释放的时候也要手动两步obj-~Cell();// 手动调用析构::operatordelete(raw);// 再释放原始内存7. 为何要严格匹配内存开辟与释放规则先看以下规则不只看一次运行的表象取得方式正确释放错误配对malloc/calloc/reallocfreedelete、delete[]new Tdeletefree、delete[]new T[n]delete[]free、delete这些错误配对都是未定义行为包括“内置类型数组用delete并没发生崩溃”。对于有析构函数的对象数组后果往往更明显对象析构不完全导致内存泄漏delete并不能按数组规则逐个结束所有元素的生命释放时还可能把不合适的地址交给分配器。那么delete[]又怎样知道该析构多少个对象有的实现会在分配块附近保存元素数目或相关元数据常称为array cookie某些类型、实现或优化下也可能不需要这样的记录。cookie 是编译器实现细节C 标准没有强制要求必须存在、放哪里、多大。但记录的位置、大小、是否存在都不能拿来随意编写可移植代码要根据平台与编译器的选择具体决定。但只要严格遵守配对使用就能很大程度避免一些问题的发生尤其对于一些底层实现很复杂的情况。8. 小结new/delete是表达式分配释放内存同时自动调用构造、析构new[]必须配delete[]错配属于未定义行为。operator new/operator delete只操作裸内存不执行构造析构是new表达式底层调用的函数。malloc/free只管理原始内存不处理对象和new/delete指针严禁交叉释放。对象完整生命周期分配内存 - 构造 - 使用 - 析构 - 释放内存。