内存管理

内存管理有几个相关概念我们需要掌握：

• 堆****内存：由程序员手动分配和释放的内存区域，生命周期由程序员控制。
• 栈****内存：由编译器自动分配和释放的内存区域，生命周期与作用域绑定。
• 内存****泄漏：程序未释放不再使用的堆内存，导致内存占用不断增加。
• 悬空指针：指针指向的内存已被释放，但指针仍又被使用。

内存管理的原则：

• 谁分配，谁释放：确保每个动态分配的内存都有对应的释放操作。
• 避免重复释放：同一块内存只能释放一次。
• 避免悬空指针：释放内存后，将指针置为nullptr。

示例代码：

#include <iostream>

int main() {
    int* ptr = new int(42); // 分配堆内存
    std::cout << "Value: " << *ptr << std::endl; // 输出：42

    delete ptr; // 释放堆内存
    ptr = nullptr; // 避免悬空指针

    if (ptr) {
        std::cout << "Pointer is not null." << std::endl;
    } else {
        std::cout << "Pointer is null." << std::endl; // 输出：Pointer is null.
    }

    return 0;
}

C++中的动态内存管理是指在程序运行时，根据需要从堆（heap）中分配和释放内存。与栈内存不同，堆内存的生命周期由程序员手动控制，因此需要更加谨慎地管理。

new和delete的基本用法

1. **new**运算符：用于在堆上分配内存，并返回指向该内存的指针。
2. **delete**运算符：用于释放由 new 分配的内存。

代码示例：

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    // 动态分配一个 int 类型的内存
    int* p = new int;
    *p = 10;
    cout << *p << endl;

    // 释放内存
    delete p;

    return 0;
}

new[]和delete[]

1. new[]运算符：用于在堆上分配数组内存。
2. delete[]运算符：用于释放由 new[]分配的数组内存。

代码示例：

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    // 动态分配一个包含 5 个 int 元素的数组
    int* arr = new int[5];
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        arr[i] = i + 1;
    }

    // 释放数组内存
    delete[] arr;

    return 0;
}

new[]和delete[]一定要配对使用。

为什么要配对使用 new和delete，new[]和delete[]

• 内存泄漏： 如果只分配内存而不释放，会导致内存泄漏，最终耗尽系统内存。
• 未定义行为： 使用 delete 释放 new[] 分配的内存，或者使用 delete[] 释放 new 分配的内存，都会导致未定义行为。

placement new

placement new是个进阶知识点了，它允许程序员在已分配的内存上构造对象，而不会分配新的内存，只是使用指定的内存地址。

代码示例：

#include <iostream>
using namespace std;

struct A {
    A(int a): a_(a) {}

    void print() {
        std::cout << a_ << std::endl;
    }
    int a_;
};

int main() {
    // 预先分配内存
    char* buffer = new char[sizeof(int)];

    // 在 buffer 上构造 A 对象
    A* p = new (buffer) A(10);
    p->print();

    // 显式调用析构函数
    p->~A();

    // 释放内存
    delete[] buffer;

    return 0;
}

new和 malloc的区别

特性	new	malloc
语言	C++ 运算符	C 库函数
返回值	返回具体类型指针	返回 void*
失败处理	抛出 std::bad_alloc 异常	返回 NULL
内存大小	自动计算	需要手动计算
构造函数	调用构造函数	不调用构造函数
析构函数	调用析构函数	不调用析构函数
重载	可以重载	不能重载

代码示例：

#include <iostream>
#include <cstdlib>
using namespace std;

int main() {
    // 使用 new 分配内存
    int* p1 = new int(10);
    cout << *p1 << endl;
    delete p1;

    // 使用 malloc 分配内存
    int* p2 = (int*)malloc(sizeof(int));
    *p2 = 20;
    cout << *p2 << endl;
    free((void*)p2);

    return 0;
}

练习题

1. 编写一个程序，动态分配一个包含 10 个 double 类型元素的数组，并初始化数组元素为 1.0 到 10.0，最后释放数组内存。
2. 编写一个程序，使用 placement new 在一个预先分配的 char 数组上构造一个自定义class对象，并调用自定义class的相关函数。