运行程序离不开内存管理,c内存管理离不开malloc和free,c++内存管理离不开new和delete。
虽说都是为了申请内存和释放内存,但new和malloc还是有区别的,这里总结下:
两者联系自不必多说,都是为了在堆上动态的申请和释放内存。
区别在于:
1.new和delete属于操作符,而malloc和free其实是两个系统函数。
operator new() 指对new的重载形式,它是一个函数。
2.new在申请内存时候返回的是指定类型的指针,申请内存大小自动计算;
malloc在申请内存时候返回的是void*指针,并且在申请时要指明申请内存的大小,以参数形式传进去。
[cpp] view plain copy
- char * a = new char;
- char * b = (char*)malloc(sizeof(char));
3.new在申请完内存后会调用该类型的构造函数,也就是说new在申请完内存后会初始化这段内存;malloc则单纯的多,申请完指定大小的内存就完事,至于这段内存要用作何用,malloc并不关心。
4.内置类型如int,char,float等等均可以用new和malloc申请内存,但是非内置类型,也就是程序员新建的类型不能使用malloc而必须使用new。我觉得出现这个现象的原因是因为c和c++两者区别导致的,从某种角度说,c是c++的子集,c++在c基础上又增加了模板和类等新东西,new和delete的出现是为了适应class的构造与析构,而malloc和free设计之初只是为了适应c的内存管理,所以不能把class的构造和析构强加于malloc和free身上。
5.new和delete配对使用,malloc和free配对使用。
6. new/delete背后的机制:
一般,在使用new时,编译器会执行两步操作:
1.调用::operator new()分配计算后的内存;
2.在分配好的内存上调用该类型的构造函数进行初始化。
delete则刚好相反:
1.调用对象的析构函数;
2.使用::operator delete()释放内存。
new/delete各自背后的两步操作是无法规避的,由于new/delete是操作符,所以实现形式上不能按照程序员需要进行改变,但是::operator new()和::operator delete()是两个属于std中的函数,其作用与malloc和free相似,都是为了分配足够大的内存,只是它们并不关心内存的初始化问题。
先看两个operator的一般调用方式:
[cpp] view plain copy
- void* operator new(size_t);
- void operator delete(void*);
是不是与malloc和free很像呢?
operator new更具体的形式有三种:
[cpp] view plain copy
- //异常抛出形式:
- void* operator new (std::size_t size) throw (std::bad_alloc);
- //不抛出异常形式
- void* operator new (std::size_t size, const std::nothrow_t& nothrow_value) throw();
- //placement形式 ,简单返回ptr
- void* operator new (std::size_t size, void* ptr) throw();
使用new或delete时候,默认调用std::operator new()或std::operator delete();既然是函数就可以重载,程序员可以按照实际需要重载这两个函数。看下面这个例子:
[cpp] view plain copy
- class A
- {
- public:
- A(){
- cout<<"A constructor"<<endl;
- }
- void* operator new(size_t size){
- cout<<"this is A's new"<<endl;
- return ::operator new(size);
- }
- void operator delete(void* ptr){
- cout<<"this is A's delete"<<endl;
- return ::operator delete(ptr);
- }
- ~A(){
- cout<<"A destructor"<<endl;
- }
- };
- int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
- {
- A *a = new A;
- delete a;
- return 0;
- }
运行结果:
虽然我们不能改变new/delete的行为,但是通过重载operator new() 和 operator delete()我们可以实现自己想要的内存管理方式,这在内存池的实现中十分关键。
关于operator new有几点要注意:
(1)当无法满足所要求分配的空间时,则
->如果有new_handler,则调用new_handler,否则
->如果没要求不抛出异常(以nothrow参数表达),则执行bad_alloc异常,否则
->返回0
(2)重载时,返回类型必须声明为void*
(3)重载时,第一个参数类型必须为表达要求分配空间的大小(字节),类型为size_t
(4)重载时,可以带除(3)以外的其它参数
你可能会疑惑,比如说有
class Foo {
int bar;
~Foo() {}
};
int main() {
auto p = new Foo[5];
delete[] p;
}
到时候C++是怎么知道delete[] p的时候,需要对几个对象调用析构函数的呢。
答案是,如果你hack了operator new[]
void *operator new[](size_t sz) {
cout << "sz =" << sz << endl;
return malloc(sz);
}
你会发现,他实际申请的内存数目是
sizeof(size_t) + 5 * sizeof(Foo)
如何限制对象只能建立在堆上或者栈上
在C++中,类的对象建立分为两种,一种是静态建立,如A a;另一种是动态建立,如A* ptr=new A;这两种方式是有区别的。
静态建立一个类对象,是由编译器为对象在栈空间中分配内存,是通过直接移动栈顶指针,挪出适当的空间,然后在这片内存空间上调用构造函数形成一个栈对象。使用这种方法,直接调用类的构造函数。
动态建立类对象,是使用new运算符将对象建立在堆空间中。这个过程分为两步,第一步是执行operator new()函数,在堆空间中搜索合适的内存并进行分配;第二步是调用构造函数构造对象,初始化这片内存空间。这种方法,间接调用类的构造函数。
那么如何限制类对象只能在堆或者栈上建立呢?下面分别进行讨论。
只能建立在堆上(设置析构函数为Protected)
类对象只能建立在堆上,就是不能静态建立类对象,即不能直接调用类的构造函数。
容易想到将构造函数设为私有。在构造函数私有之后,无法在类外部调用构造函数来构造类对象,只能使用new运算符来建立对象。然而,前面已经说过,new运算符的执行过程分为两步,C++提供new运算符的重载,其实是只允许重载operator new()函数,而operator()函数用于分配内存,无法提供构造功能。因此,这种方法不可以。
当对象建立在栈上面时,是由编译器分配内存空间的,调用构造函数来构造栈对象。当对象使用完后,编译器会调用析构函数来释放栈对象所占的空间。编译器管理了对象的整个生命周期。如果编译器无法调用类的析构函数,情况会是怎样的呢?比如,类的析构函数是私有的,编译器无法调用析构函数来释放内存。所以,编译器在为类对象分配栈空间时,会先检查类的析构函数的访问性,其实不光是析构函数,只要是非静态的函数,编译器都会进行检查。如果类的析构函数是私有的,则编译器不会在栈空间上为类对象分配内存。
因此,将析构函数设为私有,类对象就无法建立在栈上了。代码如下:
class A
{
public:
A(){}
void destory(){delete this;}
private:
~A(){}
};
试着使用A a;来建立对象,编译报错,提示析构函数无法访问。这样就只能使用new操作符来建立对象,构造函数是公有的,可以直接调用。类中必须提供一个destory函数,来进行内存空间的释放。类对象使用完成后,必须调用destory函数。
上述方法的一个缺点就是,无法解决继承问题。如果A作为其它类的基类,则析构函数通常要设为virtual,然后在子类重写,以实现多态。因此析构函数不能设为private。还好C++提供了第三种访问控制,protected。将析构函数设为protected可以有效解决这个问题,类外无法访问protected成员,子类则可以访问。
另一个问题是,类的使用很不方便,使用new建立对象,却使用destory函数释放对象,而不是使用delete。(使用delete会报错,因为delete对象的指针,会调用对象的析构函数,而析构函数类外不可访问)这种使用方式比较怪异。为了统一,可以将构造函数设为protected,然后提供一个public的static函数来完成构造,这样不使用new,而是使用一个函数来构造,使用一个函数来析构。代码如下,类似于单例模式:
class A
{
protected:
A(){}
~A(){}
public:
static A* create()
{
return new A();
}
void destory()
{
delete this;
}
};
这样,调用create()函数在堆上创建类A对象,调用destory()函数释放内存。
只能建立在栈上(重载new函数设为私有)
只有使用new运算符,对象才会建立在堆上,因此,只要禁用new运算符就可以实现类对象只能建立在栈上。将operator new()设为私有即可。代码如下:
class A
{
private:
void* operator new(size_t t){} // 注意函数的第一个参数和返回值都是固定的
void operator delete(void* ptr){} // 重载了new就需要重载delete
public:
A(){}
~A(){}
};