深入理解C语言的new[]和delete[]

编辑: admin 分类: c#语言 发布时间: 2021-12-12 来源:互联网
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  • 1、重载操作符
  • 2、new和delete的原理
  • 3、new[]和delete[]的原理
  • 总结

c++的动态内存管理方式和c语言不一样，在c++中使用new和delete来替换c语言中的malloc和free。这里有几个点不一样，

1、new和delete是操作符，malloc和free是函数（我的理解是c++将new和delete约定为操作符而已，new和delete操作符重载函数本质上还是函数）

2、c++有了类的概念，类对象的初始化除了要分配内存，还需要对内存进行初始化！所以，c++必须引入一种新的内存分配方式，既可以像malloc一样开辟内存，还要能够调用类对象的构造函数（delete的引入同理）。

3、new[]和delete[]是c++完全新增的内存操作符，他们和new和delete也是有不一样的地方。

下面，咱们来一一讲解⬇

1、重载操作符

既然new和delete都是操作符，咱们可以对new和delete进行重载；当你再使用new和delete操作内存时，编译器就会调用到咱们自己重载的new/delete全局函数了。（如对操作符重载不了解的，请自行补充知识）

void* operator new(size_t size){
    if(size == 0) size = 1;
    void* ptr = malloc(size);
    if(ptr == nullptr){
        std::cout << "ERROR NEW!" << std::endl;
    }
    std::cout << "NEW Memory Size = " << size << " address = " << ptr << std::endl;
    return ptr;
}
void* operator new[](size_t size){
    if(size == 0) size = 1;
    void* ptr = malloc(size);
    if(ptr == nullptr){
        std::cout << "ERROR NEW[]!" << std::endl;
    }
    std::cout << "NEW[] Memory Size = " << size << " address = " << ptr << std::endl;
    return ptr;
}
void operator delete(void* ptr){
    std::cout << "DELETE " << ptr << std::endl;
    if(ptr) free(ptr);
}
void operator delete[](void* ptr){
    std::cout << "DELETE[] " << ptr << std::endl;
    if(ptr) free(ptr);
}

此时，再使用 int* p = new int {1}; 开辟内存，那么，c++编译器会自动链接到我们刚才的操作符重载函数 void* operator new(size_t size) ，至于编译器是怎么将 int* p = new int {1}; 解析成 void* operator new(size_t size) 函数的，咱们不关心，咱们只要知道编译器做了这样一层代码解析转换即可。并且，转换的过程中会将需要开辟的内存大小当作形式参数传递过去！

这里还有一点需要注意：函数的返回值是void*，而咱们new操作接收的返回值为int*，这里其实也是编译在底层做了一层转换！（非常重要，new 的返回值和 operator new 函数的返回并不完全相同，包括类型和地址）

2、new和delete的原理

在开始验证new和delete之前，咱们先使用以下代码：

#include <iostream>
#include <stdlib.h>
#include <memory>
using namespace std;
//此处添加前面一步重载new和delete的代码
class Master
{
public:
    Master()
    {
        printf("constructor ---- %p\n",this);
        c = rand()%10000;
    }
    ~Master()
    {
        printf("destructor ---- %p\n", this);
    }
public:
    int c;
};
int main()
{
    Master * p = new Master{};
    delete p;
    return 0;
}

推荐一个在线调试cpp的网站：Compiler Explorer (godbolt.org)

Master * p = new Master{}; 这一行的汇编信息如下：

这里有3个点要注意，

  • 内存大小在编译时确定
  • 会先调用operator new(unsigned long)函数
  • 最后会调用构造函数

那么，delete操作的汇编信息应该和new刚好相反，这个可以自行测试！

下面将咱们重载的operator方法添加进去，然后执行，output日志信息如下：

NEW Memory Size = 4 address = 0x2154eb0
constructor ---- 0x2154eb0
destructor ---- 0x2154eb0
DELETE 0x2154eb0

通过日志，咱们也能够得出这样的结论：

new： 先malloc内存，然后执行构造函数 delete：先执行析构函数，然后free内存

3、new[]和delete[]的原理

前面咱们说了new/delete与new[]/delete[]有一些不同，那我们先看看日志信息，请添加以下测试代码：

int main()
{
    Master * p = new Master{};
    //测试new[]
    Master * pArray = new Master[5];    
    printf("pArray = %p\n", pArray);
    printf("pArray[0] = %p\n", &pArray[0]);
    printf("pArray[1] = %p\n", &pArray[1]);
    // delete[] pArray;
    // delete p;
    return 0;
}
///
output:---------------------------------------begin
NEW Memory Size = 4 address = 0x565422925eb0
constructor ---- 0x565422925eb0
NEW[] Memory Size = 28 address = 0x5654229262e0
constructor ---- 0x5654229262e8
constructor ---- 0x5654229262ec
constructor ---- 0x5654229262f0
constructor ---- 0x5654229262f4
constructor ---- 0x5654229262f8
pArray = 0x5654229262e8
pArray[0] = 0x5654229262e8
pArray[1] = 0x5654229262ec
output:----------------------------------------end

重点来了，malloc返回的内存地址（0x5654229262e0）和new[]返回的地址（0x5654229262e8）并不一致，而且申请的内存大小并不是Master类的大小 4*5=20，而是28！！

通过汇编代码，我们看到这里确实偏移了8个字节！其他的操作与new没有多大差别，都是先调用operator new[]，然后再循环调用数组中的每个对象的构造函数！

通过output日志和汇编分析，可以得到我们前面讲到的结论：（非常重要，new 的返回值和 operator new 函数的返回并不完全相同，包括类型和地址）！

我们调用 delete[] pArray; 删除的地址为 0x5654229262e8，而真实触发 operator delete[] 的形参为 0x5654229262e0， 详细日志信息如下：

也就是operator new[] 和 operator delete[] 的操作的内存是真实地址，并且是正确的！为什么会这样？就是因为c++编译器在底层做了一次转换！

这个问题也很好理解，如果编译器没有这样一层逻辑转换，当你 delete[] 一个数组时，编译器要怎么操作呢？他怎么知道数组的长度然后遍历去调用析构函数呢？所以，这样一层逻辑转换有了存在的意义，这也体现在 new[] 数组时为什么大小并不是 = 对象大小*数组长度，而是多了8个字节！

好了嘛，那多出来的8字节是不是就是数组长度呢？咱们可以把这块内存信息输出！添加以下代码：

    unsigned long* pSize = (unsigned long*)pArray - 1;//偏移8字节
    printf("p = %p\n", pSize);
    printf("sizeof pArray = %d\n", *pSize);//输出该地址上的内存数据

日志输出：

偏移8字节之后就是咱们 operator new[] 函数分配的真实的内存地址，然后咱们输出该地址8字节空间的数据信息为5，这就是申请的数据空间的大小！

也就是有了这个多余的8字节（在32位系统上为4字节），new[] 存储数组长度到该内存， delete[] 时就能够从该内存读取数组长度，并遍历数组去调用析构函数啦！

总结

本篇文章就到这里了，希望能够给你带来帮助，也希望您能够多多关注海外IDC网的更多内容！

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