C++内存管理：new和delete详细解析

int globalVar = 1;
static int staticGlobalVar = 1;
void Test()
{
 static int staticVar = 1;
 int localVar = 1;
 int num1[10] = { 1, 2, 3, 4 };
 char char2[] = "abcd";
 const char* pChar3 = "abcd";
 int* ptr1 = (int*)malloc(sizeof(int) * 4);
 int* ptr2 = (int*)calloc(4, sizeof(int));
 int* ptr3 = (int*)realloc(ptr2, sizeof(int) * 4);
 free(ptr1);
 free(ptr3);
}

// 常量区的数据是不能被修改的
int main()
{
    char char2[] = "abcd"; // 数组
	const char* pChar3 = "abcd"; // pChar存储的是常量字符串指针，指向在静态区的字符串的首元素的地址

	*char2 += 1;
	// (*(char*)pChar3) += 1; // err 存放在常量区，不能通过强转来修改

	// C++中const修饰的局部变量叫常变量，是存放在栈区的
	// 可以取到它的地址const int* ，然后强转成int*，再解引用，是能修改的
	const int i = 0;
	int j = 1;
	cout << &i << endl;
	cout << &j << endl;
	cout << pChar3 << endl; // char*类型无法直接打印出地址
	cout << (void*)pChar3 << endl;

	return 0;
}

void Test()
{
	// 1.malloc/calloc/realloc的区别是什么？
	int* p2 = (int*)calloc(4, sizeof(int));
	int* p3 = (int*)realloc(p2, sizeof(int) * 10);

	// 这里需要free(p2)吗？
	free(p3);
}

int main()
{
	// 动态申请空间，但是不初始化
	int* p1 = new int;      //单个对象
	int* p2 = new int[10];  // 数组

	// 申请空间的同时初始化
	int* p3 = new int(1);
	int* p4 = new int[10] {1, 2, 3}; // 前三个为初始化的值，后几个默认为0

	delete p1;
	delete[] p2;
	delete p3;
	delete[] p4;

	return 0;
}

class A
{
public:
 A(int a = 0)
 : _a(a)
 {
 cout << "A():" << this << endl;
 }
 ~A()
 {
 cout << "~A():" << this << endl;
 }
private:
    int _a;
}

struct ListNode
{
	ListNode* _next;;
	int _val;

	ListNode(int val)
		:_next(nullptr)
		,_val(val)
	{}
}

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;

	// 对于内置类型是二者几乎是一样的
	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]{1, 2, 3}; // 创建多个对象，会调用多次构造；前三个用给的值来调用构造，其余默认用0来调用构造
	free(p5);
	delete[] p6; // 销毁时，调用多次析构

    // 创建链表
  	// 创建链表节点，将他们链接即可
	ListNode* n1 = new ListNode(1);
	ListNode* n2 = new ListNode(2);
	ListNode* n3 = new ListNode(3);

	return 0;
}

int main()
{
    //这个程序退出码不为0，说明为异常退出，跟malloc不一样，new申请失败会抛异常
	// 抛异常时C++处理错误的一种方式
	// 捕获异常
	try 
	{
		int i = 1;
		int* ptr = nullptr;
		do {
			// 用这种方法来调试，或者也可以在上层工具栏用条件断点
			if (i == 500)
			{
				int x = 0;
			}
			ptr = new int[1024 * 1024]; // 在异常的地方会直接throw e，throw一个对象，跳转到捕获的地方
			cout << i++ << ":" << ptr << endl;
		} while (ptr); // 失败的时候不会返回空指针，而是抛异常
		
		cout << i++ << ":" << ptr << endl;
	}
	// new失败后不是返回空，而是将执行流跳转到这里
	catch (const exception& e) // e是包含错误信息的对象
	{
		cout << e.what() << endl;
	}
	
	// 如果异常不被捕获，程序就会异常结束
	// 异常被捕获，程序能正常结束，并说明异常信息。所以异常必须被捕获

	return 0;
}

void func()
{
	int i = 1;
	int* ptr = nullptr;
	do {
		// 用这种方法来调试，或者也可以在上层工具栏用条件断点
		if (i == 500)
		{
			int x = 0;
		}
		ptr = new int[1024 * 1024]; 
		cout << i++ << ":" << ptr << endl;
	} while (ptr); 

	cout << i++ << ":" << ptr << endl;
}

int main()
{
	try
	{
		func();
	}
	catch (const exception& e) // 可以跨函数跳转
	{
		cout << e.what() << endl;
	}

	return 0;
}

/*
operator new：该函数实际通过malloc来申请空间，当malloc申请空间成功时直接返回；申请空间
失败，尝试执行空               间不足应对措施，如果改应对措施用户设置了，则继续申请，否
则抛异常。
*/
void *__CRTDECL operator new(size_t size) _THROW1(_STD bad_alloc)
{
 // try to allocate size bytes
 void *p;
 while ((p = malloc(size)) == 0)
     if (_callnewh(size) == 0)
     {
         // report no memory
         // 如果申请内存失败了，这里会抛出bad_alloc 类型异常
         static const std::bad_alloc nomem;
         _RAISE(nomem);
     }

     return (p);
}

/*
operator delete: 该函数最终是通过free来释放空间的
*/
void operator delete(void *pUserData)
{
     _CrtMemBlockHeader * pHead;
     RTCCALLBACK(_RTC_Free_hook, (pUserData, 0));
     if (pUserData == NULL)
         return;
     _mlock(_HEAP_LOCK);  /* block other threads */
     __TRY
         /* get a pointer to memory block header */
         pHead = pHdr(pUserData);
          /* verify block type */
         _ASSERTE(_BLOCK_TYPE_IS_VALID(pHead->nBlockUse));
         _free_dbg( pUserData, pHead->nBlockUse );
     __FINALLY
         _munlock(_HEAP_LOCK);  /* release other threads */
     __END_TRY_FINALLY
     return;
}
/*
free的实现
*/
#define   free(p)               _free_dbg(p, _NORMAL_BLOCK)

class A
{
public:
	A(int a = 0)
		: _a(a)
	{
		cout << "A():" << this << endl;
	}
	~A()
	{
		cout << "~A():" << this << endl;
	}
private:
	int _a;
};

int main()
{
	// new实际上是malloc的封装，又增加了抛异常的部分；底层其实还是使用malloc开辟空间
	// A* p1 = (A*)operator new(sizeof(A));
	A* p1 = new A(1); // 先调用opeartor new()开空间，再调用构造函数
	
	A* p2 = new A[10]; // 空间是一次开好的，然后调用n次构造
	// 如果显示的写析构，那无论是否需要释放空间，new开空间时会多开出4个字节的空间，记录对象的个数
	// 这样，在delete调用析构时，就知道要调用几次析构函数了‘
	// 如果不显示的写析构，new就不会多开空间

	// delete是free的封装
	delete p1; // 先调用析构，再调用opeartor delete()销毁空间

	return 0;
}

class A
{
public:
 A(int a = 0)
 : _a(a)
 {
 cout << "A():" << this << endl;
 }
 ~A()
 {
 cout << "~A():" << this << endl;
 }
private:
 int _a;
};

// 不用new和delete实现new和delete的功能
// 定位new/replacement new
int main()
{
    // p1现在指向的只不过是与A对象相同大小的一段空间，还不能算是一个对象，因为构造函数没有执行
     A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));
     new(p1)A;  // 注意：如果A类的构造函数有参数时，此处需要传参
     p1->~A();
     free(p1);

	A* ptr = (A*)operator new(sizeof(A));
	// 显示调用构造函数初始化
	new(ptr)A(1);
	// ptr->A(1); // err 不能这样显示调用构造

	// 显示调用析构
	ptr->~A();
	operator delete(ptr);

	return 0;
}