在C语言中,动态内存管理是通过一组库函数来实现的,主要包括 malloc、calloc、realloc 和 free。这些函数都定义在 <stdlib.h> 头文件中,用来分配和释放动态内存。下面详细解释它们的功能和使用方式:
1. malloc (Memory Allocation)
malloc 用于动态分配指定大小的内存块,返回一个指向该内存块的指针。分配的内存块中的内容是未初始化的,可能包含垃圾值。
2. calloc (Contiguous Allocation)
calloc 与 malloc 类似,但它的不同之处在于分配的内存块会被初始化为零。另外,它允许同时指定要分配的元素数量和每个元素的大小。
3. realloc (Reallocation)
realloc 用于调整之前分配的内存块的大小。如果新的大小大于原来的大小,则追加部分是未初始化的;如果新的大小小于原来的大小,则内存会被截断。
4. free (Free Memory)
free 用于释放之前通过 malloc、calloc 或 realloc 分配的内存。释放内存后,指针指向的内存块不再有效,应该避免继续使用。
总结: malloc: 分配未初始化的内存。 calloc: 分配并初始化为零的内存。 realloc: 调整已分配内存的大小。 free: 释放已分配的内存。
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
void Test()
{
// 动态申请一个int类型的空间
int* ptr4 = new int;
// 动态申请一个int类型的空间并初始化为10
int* ptr5 = new int(10);
// 动态申请3个int类型的空间
int* ptr6 = new int[3];
delete ptr4;
delete ptr5;
delete[] ptr6;
}
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。
new和delete操作自定义类型
#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
A(int a = 0)
: _a(a)
{
cout << "A():" << this << endl;
}
~A()
{
cout << "~A():" << this << endl;
}
private:
int _a;
};
int main()
{
// 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
A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));
A* p2 = new A(1);
free(p1);
delete p2;
// 内置类型是几乎是一样的
int* p3 = (int*)malloc(sizeof(int)); // C
int* p4 = new int;
free(p3);
delete p4;
A* p5 = (A*)malloc(sizeof(A) * 10);
A* p6 = new A[10];
free(p5);
delete[] p6;
return 0;
//注意: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,malloc与free不会。
}
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。
在C++中,operator new 和 operator delete 是特殊的运算符函数,用来控制对象的内存分配和释放过程。它们和 new 表达式以及 delete 表达式是相关联的,但功能更底层,直接处理内存的分配和释放,而不自动调用构造函数和析构函数。这一点是它们与 new 和 delete 关键字的主要区别。
operator new 通常用来分配足够的内存来存储指定类型的对象。标准库提供的默认版本简单地调用 malloc 函数来完成实际的内存分配工作。然而,程序员可以重载 operator new 来提供自定义的内存分配策略。
void* operator new(size_t size);
参数: size: 要分配的内存大小,以字节为单位。
返回值: 成功时返回指向分配的内存的指针。 失败时抛出 std::bad_alloc 异常。
operator delete 用来释放之前通过 operator new 分配的内存。默认实现通常调用 free 函数。
void operator delete(void* ptr);
参数: ptr: 指向要释放的内存的指针。
使用注意: 该指针应该指向通过 operator new 分配的内存。 如果 ptr 是 nullptr,operator delete 不做任何事情。
示例:重载 operator new 和 operator delete
#include <iostream>
#include <cstdlib>
void* operator new(size_t size) {
std::cout << "Allocating " << size << " bytes\n";
void *p = malloc(size);
if (!p) throw std::bad_alloc(); // 如果malloc失败,则抛出异常
return p;
}
void operator delete(void *p) noexcept {
std::cout << "Freeing memory\n";
free(p);
}
int main() {
int* p = new int;
*p = 10;
std::cout << "Value: " << *p << std::endl;
delete p;
return 0;
}
内置类型: 如果申请的是内置类型的空间,new和malloc,delete和free基本类似,不同的地方是:new/delete申请和释放的是单个元素的空间,new[]和delete[]申请的是连续空间,而且new在申请空间失败时会抛异常,malloc会返回NULL
自定义类型: new的原理
delete的原理
new T[N]的原理
delete[]的原理
malloc/free和new/delete的共同点是:都是从堆上申请空间,并且需要用户手动释放。不同的地 方是: