C++超詳細探究new/delete的使用

2022-07-01 14:03:44

記憶體管理

在C++中，一個可執行程式的虛擬地址空間可分為，核心、棧、共用庫的記憶體對映區域、堆、資料區和程式碼段，具體分佈額如下圖所示：

核心: 作業系統

棧區: 函數的形參，非靜態的區域性變數，函數現場保護資料等等，棧是向下增長的。

共用庫的記憶體對映區域用於裝載一個共用的動態記憶體庫。使用者可使用系統介面建立共用記憶體，做程序間通訊。

堆區: 用於程式執行時動態記憶體分配，堆是可以上增長的。

資料段: 儲存全域性資料和靜態資料，分為.bss 和.data 。

程式碼段: 可執行的程式（機器指令）和常數資料。

C的動態記憶體管理：

new/delete

在C++中，關於動態記憶體的申請，依靠關鍵字new來實現，new在有三種用法：

1.new運運算元的使用

範例如下：

int n = 10;
int *ipa = new int (10); 
int *ipb = new int [n](10);
int *ipc = new int[n]{1,2,3,4,5,6,7,8};

在這裡new主要做了三個操作，

申請一個空間
在申請的空間中構造一個int 的物件，並將該物件返回到空間中
將空間的地址返回

在上述的程式碼中，我們可以開闢一個空間如 ipa 所示；我們也可以開闢一組空間如ipb所示；我們也可以開闢一組空間的同時給所有或者部分元素給定初始值如ipc所示。

當然，動態記憶體的開闢後，需要我們去手動去釋放它，在C++ 中，我們通過delete來釋放記憶體，如下所示

delete ipa；
delete[]ipb;
delete[]ipc;

如上程式碼所示，當我們開闢一個空間時，我們可以直接通過其地址釋放，當我們申請一組空間時，我們需要加上**[]**，需要告訴編譯器，我們要釋放一組記憶體。

注：當我們釋放一組記憶體時，我們不需要在[]裡面寫入需要釋放的動態記憶體的數目，原因是當我們通過new去申請一組動態記憶體時，編譯器會自動開闢空間去儲存new開闢的空間的數目大小，當我們使用delete 來釋放空間時，編譯器會自動去存取這個空間來檢視開闢的記憶體大小數目。

2.new的函數方法的使用

new當作函數使用時，其功能和malloc及其相似，唯一不同的地方在與當申請記憶體失敗時，malloc會返回NULL，因此，我們在每次使用malloc時候必須對指標進行判空；但是new申請記憶體失敗後是丟擲異常，所以需要捕獲例外處理程式；

範例如下：

int n = 10;
int *ipa = (int*)::operator new(sizeof(int));
// 			     (int*)malloc(sizeof(int));
int *ipb = (int*)::operator new(sizeof(int)*n);
// 				  (int*)malloc(sizeof(int)*n);

當然，我們也需要delete去釋放其空間

 delete(ipa);
 delete(ipb);

3.定位new

定位new的用法主要是，它不會去自己開闢空間，而是一塊已知的記憶體上分配給一個物件，但是記憶體上的資料不會被覆蓋或者改寫，其程式碼範例如下：

int n = 10;
int* ipa = (int*)malloc(sizeof(int));
int* ipb = (int*)::operator new(sizeof(int) * n);
new(ipa) int(20);
new(ipb) int[]{ 1,2,3,4,5,6,7,8,9 };

並且，通過定位new的方法去把已經申請的存在的記憶體分配的方法，它可以去分配堆裡面的記憶體，也可以去分配棧裡面的記憶體；定位new的方法也可以將原本申請為int型別的記憶體看成char/double來顯示。

注：關於C++的內建型別 int/double/char 等等，並不是編譯器將其劃分，而是使用者自身，當我們把資料按照4個位元組當一個整體來看待，那麼其就是整型，若是按照一個位元組為一個單位，那就是char型別；若是8個位元組看成一個單位，那就是double型別。而資料在記憶體儲存的值並不會發生任何改變。