深入理解C++中的new和delete并实现对象池

深入理解new和delete

new和delete称作运算符

我们转反汇编看看

这2个运算符本质也是相应的运算符的重载的调用

malloc和new的区别？

1.malloc按字节开辟内存的；new开辟内存时需要指定类型 new int[10]
所以malloc开辟内存返回的都是void*
而new相当于运算符的重载函数 operator new ->返回值自动转成指定的类指针 int*
2.malloc只负责开辟空间，new不仅仅有malloc的功能，可以进行数据的初始化

new int(20);//初始化20
new int[20]();//开辟数组是不支持初始化值的，但是支持写个空括号，表示给每个元素初始化为0 ，相当于每个元素调用int（）成为0

3.malloc开辟内存失败返回nullptr指针；new抛出的是bad_alloc类型的异常
（也就是说，new运算符开辟内存失败，要把它的代码扩在try catch里面，是不能通过返回值和空指针比较的。）

try//可能发生错误的代码放在try里面
	{
		int *p = new int;
		delete []p;

		int *q = new int[10];
		delete q;
	}
	catch (const bad_alloc &err)//捕获相应类型的异常
	{
		cerr << err.what() << endl;//打印错误
	}

free和delete的区别？

delete p: 调用析构函数，然后再free( p)，相当于包含了free
如果delete的是普通的指针，那么delete (int*)p和free( p)是没有区别的
因为对于整型指针来说，没有析构函数，只剩下内存的释放

new -> 对operator new重载函数的调用
delete -> 对operator delete重载函数的调用 

把new和delete的重载函数定义在全局的地方，这样我们整个项目工程中只有涉及到new和delete的地方都会调用到我们全局重写的new，delete的重载函数。

//先调用operator new开辟内存空间、然后调用对象的构造函数（初始化）
void* operator new(size_t size)
{
	void *p = malloc(size);
	if (p == nullptr)
		throw bad_alloc();
	cout << "operator new addr:" << p << endl;
	return p;
}
//delete p; 先调用p指向对象的析构函数、再调用operator delete释放内存空间
void operator delete(void *ptr)
{
	cout << "operator delete addr:" << ptr << endl;
	free(ptr);
}

new和delete从内存管理的角度上来说和malloc和free没有什么区别
除非就是内存开辟失败，返回不一样

void* operator new[](size_t size)
{
	void *p = malloc(size);
	if (p == nullptr)
		throw bad_alloc();
	cout << "operator new[] addr:" << p << endl;
	return p;
}
void operator delete[](void *ptr)
{
	cout << "operator delete[] addr:" << ptr << endl;
	free(ptr);
}

C++中，如何设计一个程序检测内存泄漏问题？
内存泄漏就是new操作没有对应的delete，我们可以在全局重写上面这些函数，在new操作里面用映射表记录都有哪些内存被开辟过，delete的时候把相应的内存资源删除掉，new和delete都有对应关系
如果整个系统运行完了，我们发现，映射表记录的一些内存还没有被释放，就存在内存泄漏了！ 我们用new和delete接管整个应用的所有内存管理 ，对内存的开辟和释放都记录
也可以通过编译器既定的宏和API接口，把函数调用堆栈打印出来，到底在哪个源代码的哪一页的哪一行做了new操作没有delete

new和delete能混用吗？

C++为什么区分单个元素和数组的内存分配和释放呢？
下面这样操作是否可以？？？

其实现在对于整型来说，没有所谓的构造函数和析构函数可言，所以这样的代码就只剩下malloc和free的功能，所以底层调用的就是malloc和free

所以，它们现在混用是没有问题的！！！

那什么时候我们才需要考虑这些问题呢？

class Test
{
public:
	Test(int data = 10) { cout << "Test()" << endl; }
	~Test() { cout << "~Test()" << endl; }
private:
	int ma;
};

在这里面，我们能不能混用呢？

出现错误了。
此时new和delete不能进行混用了！

在这里，new和delete可以混用吗？

运行出错了。

我们最好是这样配对使用：

new delete
new[] delete[]

对于普通的编译器内置类型
new/delete[]
new[]/delete
这样混用是可以的！
因为只涉及内存的开辟和释放，底层调用的就是malloc和free

但是，如果是对象，就不能混用了。

一个Test对象是4个字节。
每一个Test对象有1个整型的成员变量。

new的时候，分配了5个Test对象，但是不只是开辟了20个字节哦！
delete[]p2的时候先调用Test对象的析构函数，析构函数有this指针，this指针区分析构的对象，this指针把正确的对象的地址传到析构函数。现在加了[]表示有好几个对象，有一个数组，里面的每个对象都要析构，但是它是怎么知道是有5个对象呢？？？
所以，实际上，new Test[5]是开辟了如图式的内存：
多开辟了4个字节，存储对象的个数。
用户在写new Test[5]时，这个5是要被记录下来的。
而且，new操作完了之后，给以后返回的p2指针指向的地址是0x104这个地址！即数组首元素的地址。并不是真真正正底层开辟的0x100这个地址，因为那个是不需要让用户知道的，用户只需要知道这个指针指向的是第一个元素对象的地址。

当我们去delete[]p2的时候，它一看这个[]就知道释放的是一个对象数组，那么就要从p2（0x104）上移4个字节，去取对象的个数，知道是5个对象了（一个对象是4字节），然后把ox104下的内存平均分成5份，每一份内存的起始地址就是对象的起始地址，然后传给对象的析构函数，就可以进行对象的析构了。然后进行内存的释放，operator delete（p2-4)，从0x100开始释放！！！

这个代码错误在：实际上开辟的内存空间大小是20+4=24字节，开辟内存是从0028开辟的，因为它有析构函数，所以在底层给数组开辟内存时多开辟了4个字节来存储开辟的对象的个数，但是用户返回的是02c，比028刚好多了4个字节，也就是给用户返回的是真真正正对象的起始地址。
delete p2；它就认为p2只是指向1个对象，因为没有使用delete[]，所以它就只是把Test[0]这个对象析构了而已，然后直接free(p2)，从第一个对象的地址（02c)开始free，而底层内存是从028开始开辟的。

我们换成delete[]p2，来运行看看

从指针-4开始free释放内存的操作

这个代码的出错在：只是new出来1个对象，在0x104开辟的，p1也是指向了0x104，但是在delete[]的时候，认为是指向的是对象数组，因为还有析构函数，于是它就从0x104上移4个字节去取开辟对象的个数，

这就出现了问题了。
关键是它free的时候，执行的是free(0x104-4)
但是new的时候并不是从0x100开始开辟内存的。

自定义的类类型，有析构函数，为了调用正确的析构函数，那么开辟对象数组的时候，会多开辟4个字节，记录对象的个数

对象池代码应用

对象池的实现是静态链表，在堆上开辟的。

#include <iostream>
using namespace std;

template<typename T>
class Queue
{
public:
	Queue()//构造函数 0构造（默认构造）
	{
		_front = _rear = new QueueItem();
	}
	~Queue()//析构函数
	{
		QueueItem *cur = _front;//指向头结点
		while (cur != nullptr)
		{
			_front = _front->_next;
			delete cur;
			cur = _front;
		}
	}
	void push(const T &val)//入队操作
	{
		QueueItem *item = new QueueItem(val);//malloc
		_rear->_next = item;
		_rear = item;
	}
	void pop()//出队操作 队头出 头删法
	{
		if (empty())
			return;
		QueueItem *first = _front->_next;
		_front->_next = first->_next;
		if (_front->_next == nullptr)//队列原本只有1个有效元素节点
		{
			_rear = _front;
		}
		delete first;//free
	}
	T front()const//获取首元素的值
	{
		return _front->_next->_data;
	}
	bool empty()const { return _front == _rear; }//判空  链式队列
private:
	//产生一个QueueItem的对象池（10000个QueueItem节点）
	struct QueueItem//节点类型，链式队列，带头节点的单链表
	{
		QueueItem(T data = T()) :_data(data), _next(nullptr) {}//构造函数

		//给QueueItem提供自定义内存管理
		void* operator new(size_t size)
		{
			if (_itemPool == nullptr)//如果对象池满了，对象池的指针就指向空了，然后现在进入，再开辟一个对象池
			{
				_itemPool = (QueueItem*)new char[POOL_ITEM_SIZE*sizeof(QueueItem)];//开辟池
				QueueItem *p = _itemPool;
				for (; p < _itemPool + POOL_ITEM_SIZE - 1; ++p)//连在一个链表上
				{
					p->_next = p + 1;//因为节点内存是连续开辟的 可以用p+1
				}
				p->_next = nullptr;
			}

			QueueItem *p = _itemPool;
			_itemPool = _itemPool->_next;
			return p;
		}
		void operator delete(void *ptr)
		{
			QueueItem *p = (QueueItem*)ptr;
			p->_next = _itemPool;
			_itemPool = p;//往头前放，然后连起来
		}
		T _data;//数据域
		QueueItem *_next;//指向下一个节点的指针域
		static QueueItem *_itemPool;//指向对象池的起始地址，因为所有的 QueueItem都放在一个对象池里面
		static const int POOL_ITEM_SIZE = 100000;//开辟的对象池的节点的个数，静态常量可以直接在类体初始化
	};

	QueueItem *_front;//指向头节点
	QueueItem *_rear;//指向队尾 即链表的最后一个元素
};

template<typename T>//在类外定义静态成员变量
typename Queue<T>::QueueItem *Queue<T>::QueueItem::_itemPool = nullptr;
//typename告诉编译器后边的嵌套类作用域下的名字是类型，放心使用吧 

int main()
{
	Queue<int> que;
	for (int i = 0; i < 1000000; ++i)
	{
		que.push(i);//QueueItem(i)
		que.pop();//QueueItem
	}
	cout << que.empty() << endl;

	return 0;
}

可以把指针改为智能指针，出作用域，对象池自动释放

到此这篇关于深入理解C++中的new和delete并实现对象池的文章就介绍到这了,更多相关C++对象池内容请搜索我们以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持我们！