在 C++ 中,你也许经常使用 new 和 delete 来动态申请和释放内存,但你可曾想过以下问题呢?
如果你对这些问题都有疑问的话,不妨看看我这篇文章。 new 和 delete 到底是什么?如果找工作的同学看一些面试的书,我相信都会遇到这样的题:sizeof 不是函数,然后举出一堆的理由来证明 sizeof 不是函数。在这里,和 sizeof 类似,new 和 delete 也不是函数,它们都是 C++ 定义的关键字,通过特定的语法可以组成表达式。和 sizeof 不同的是,sizeof 在编译时候就可以确定其返回值,new 和 delete 背后的机制则比较复杂。 string *ps = new string("hello world"); 你就可以看出 new 和 malloc 还是有点不同的,malloc 申请完空间之后不会对内存进行必要的初始化,而 new 可以。所以 new expression 背后要做的事情不是你想象的那么简单。在我用实例来解释 new 背后的机制之前,你需要知道 operator new 和 operator delete这两个其实是 C++ 语言标准库的库函数,原型分别如下: void *operator new(size_t); //allocate an object void *operator delete(void *); //free an object void *operator new[](size_t); //allocate an array void *operator delete[](void *); //free an array 后面两个你可以先不看,后面再介绍。前面两个均是 C++ 标准库函数,你可能会觉得这是函数吗?请不要怀疑,这就是函数!C++ Primer 一书上说这不是重载 new 和 delete 表达式(如 我们可以直接在我们的程序中使用这几个函数。 new 和 delete 背后机制知道上面两个函数之后,我们用一个实例来解释 new 和 delete 背后的机制: 我们不用简单的 C++ 内置类型来举例,使用复杂一点的类类型,定义一个类 A: class A { public: A(int v) : var(v) { fopen_s(&file, "test", "r"); } ~A() { fclose(file); } private: int var; FILE *file; }; 很简单,类 A 中有两个私有成员,有一个构造函数和一个析构函数,构造函数中初始化私有变量 var 以及打开一个文件,析构函数关闭打开的文件。 我们使用 class A *pA = new A(10); 来创建一个类的对象,返回其指针 pA。如下图所示 new 背后完成的工作: 简单总结一下:
所有这三步,你都可以通过反汇编找到相应的汇编代码,在这里我就不列出了。 好了,那么 delete 都干了什么呢?还是接着上面的例子,如果这时想释放掉申请的类的对象怎么办?当然我们可以使用下面的语句来完成: delete pA; delete 所做的事情如下图所示: delete 就做了两件事情:
好了,解释完了 new 和 delete 背后所做的事情了,是不是觉得也很简单?不就多了一个构造函数和析构函数的调用嘛。 如何申请和释放一个数组?我们经常要用到动态分配一个数组,也许是这样的: string *psa = new string[10]; //array of 10 empty strings int *pia = new int[10]; //array of 10 uninitialized ints 上面在申请一个数组时都用到了 如果我们想释放空间了,可以用下面两条语句: delete [] psa; delete [] pia; 都用到 这里对于第一种情况就有一个问题了:我们如何知道 psa 指向对象的数组的大小?怎么知道调用几次析构函数? 这个问题直接导致我们需要在 new [] 一个对象数组时,需要保存数组的维度,C++ 的做法是在分配数组空间时多分配了 4 个字节的大小,专门保存数组的大小,在 delete [] 时就可以取出这个保存的数,就知道了需要调用析构函数多少次了。 还是用图来说明比较清楚,我们定义了一个类 A,但不具体描述类的内容,这个类中有显示的构造函数、析构函数等。那么 当我们调用 class A *pAa = new A[3]; 时需要做的事情如下: 从这个图中我们可以看到申请时在数组对象的上面还多分配了 4 个字节用来保存数组的大小,但是最终返回的是对象数组的指针,而不是所有分配空间的起始地址。 这样的话,释放就很简单了: delete []pAa; 这里要注意的两点是:
为什么 new/delete 、new []/delete[] 要配对使用?其实说了这么多,还没到我写这篇文章的最原始意图。从上面解释的你应该懂了 new/delete、new[]/delete[] 的工作原理了,因为它们之间有差别,所以需要配对使用。但偏偏问题不是这么简单,这也是我遇到的问题,如下这段代码: int *pia = new int[10]; delete []pia; 这肯定是没问题的,但如果把 这就涉及到上面一节没提到的问题了。上面我提到了在 这里说的使用 我们看看如果是带有自定义析构函数的类类型,用 class A *pAa = new class A[3]; delete pAa; 那么
显然,这里只对数组的第一个类对象调用了析构函数,后面的两个对象均没调用析构函数,如果类对象中申请了大量的内存需要在析构函数中释放,而你却在销毁数组对象时少调用了析构函数,这会造成内存泄漏。 上面的问题你如果说没关系的话,那么第二点就是致命的了!直接释放 pAa 指向的内存空间,这个总是会造成严重的段错误,程序必然会奔溃!因为分配的空间的起始地址是 pAa 指向的地方减去 4 个字节的地方。你应该传入参数设为那个地址! 同理,你可以分析如果使用 new 来分配,用 总的来说,记住一点即可:new/delete、new[]/delete[] 要配套使用总是没错的! 参考资料:C++ Primer 第四版 |
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