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C++：内存管理

news 2026/5/24 1:33:42

目录：
1、C++内存管理
2、C++内存管理方式
3、operator new与operator delete函数
4、new和delete的实现原理
5、定位new表达式(placement-new)
6、malloc/free和new/delete的区别

一、C++内存管理

1、栈：又叫堆栈–局部变量、函数参数、函数返回地址、临时变量，栈是向下增长的。
2. 堆：用于程序运行时动态内存分配，堆是可以上增长的。
3. 数据段：存储全局数据和静态数据。
4. 代码段：可执行的代码/只读常量。
（内核空间和内存映射段了解即可）

高地址 ┌─────────────────┐ │ 栈区 Stack │ ← 局部变量、函数参数、返回地址（向下增长） ├─────────────────┤ │ 堆区 Heap │ ← malloc/new动态内存（向上增长） ├─────────────────┤ │ 全局/静态区 Data │ ← 已初始化全局变量、static变量 │ BSS段 │ ← 未初始化全局变量，默认0├─────────────────┤ │ 常量区 │ ← 字符串常量、const只读常量 ├─────────────────┤ │ 代码区 Text │ ← 函数指令、可执行代码 └─────────────────┘ 低地址

二、C++内存管理方式

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。

3.1 new/delete操作内置类型

voidTest(){// 动态申请一个int类型的空间int*ptr4=newint;// 动态申请一个int类型的空间并初始化为10int*ptr5=newint(10);// 动态申请3个int类型的空间int*ptr6=newint[3];deleteptr4;deleteptr5;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。

3.2 new和delete操作自定义类型

#include<iostream>usingnamespacestd;// 自定义类classPerson{public:// 构造函数Person(){cout<<"调用构造函数"<<endl;}// 析构函数~Person(){cout<<"调用析构函数"<<endl;}};intmain(){// 1. new 单个自定义类型Person*p=newPerson;// 释放deletep;p=nullptr;// 置空，防止野指针cout<<"---------"<<endl;// 2. new 自定义类型数组Person*arr=newPerson[3];// 释放数组必须加 []delete[]arr;arr=nullptr;return0;}

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，而malloc与free不会

三、`operator new`与`operator delete`函数

operator new / operator delete是全局库函数，不是运算符重载！
new 关键字=operator new+调用构造函数
delete 关键字= 调用析构函数 +operator delete
(operator new内部调用malloc,operator delete内部调用free）

Person*p=newPerson;// 等价两步：// 1. void* raw = operator new(sizeof(Person)); // 只开空间// 2. new (raw) Person; // 定位new，调用构造

operator new：只分配堆内存，不调用构造
new 关键字：分配内存 + 构造对象

operator delete：只释放内存，不调用析构
delete 关键字：调用析构 + 释放内存

全局默认函数原型

// 分配内存void*operatornew(size_t size);// 释放内存voidoperatordelete(void*ptr);// 数组版本void*operatornew[](size_t size);voidoperatordelete[](void*ptr);

四、`new`和`delete`的实现原理

new类型 ↓1.申请堆内存(operatornew→ malloc)↓2.调用构造函数 ↓ 返回对象指针delete指针 ↓1.调用析构函数 ↓2.释放内存(operatordelete→ free)

new = 内存分配 (malloc) + 构造函数
delete = 析构函数 + 内存释放 (free)
new [] = 分配内存 + N 次构造
delete [] = N 次析构 + 释放内存
malloc/free 不调用构造 / 析构 → 不能用来创建 C++ 对象
new/delete 是 C++ 专为对象设计的

五、定位`new`表达式`(placement-new`)

不分配内存，只在已有的内存上调用构造函数

charbuf[100];Person*p=new(buf)Person;// 定位newp->~Person();// 手动析构operatordelete(p);

六、`malloc/free`和`new/delete`的区别

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：
1.malloc和free是函数，new和delete是操作符
2.malloc申请的空间不会初始化，new可以初始化
3.malloc申请空间时，需要手动计算空间大小并传递，new只需在其后跟上空间的类型即可，如果是多个对象，[]中指定对象个数即可
4.malloc的返回值为void*, 在使用时必须强转，new不需要，因为new后跟的是空间的类型
5.malloc申请空间失败时，返回的是NULL，因此使用时必须判空，new不需要，但是new需要捕获异常
6. 申请自定义类型对象时，malloc/free只会开辟空间，不会调用构造函数与析构函数，而new在申请空间后会调用构造函数完成对象的初始化，delete在释放空间前会调用析构函数完成空间中资源的清理释放