前言

本篇主要比较从malloc，free的组合到new，delete的变化，本章会简述其过程为什么是这样的！！

一、内置类型

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{ 
    //C当中开辟十个整形空间
    int* pi = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);
    free(pi);
    pi = NULL;
    //C++当中开辟十个整形空间
    int* pi2 = new int[10];
    delete pi2;
    pi2 = nullptr;
    return 0;
}

在这里插入图片描述

可以发现对于内置类型来说，我们现在能观察到的就是new相对于malloc可以少写一个返回值，并且new是一个操作符。但是大体上我们观察malloc和new是差不多的，看完后面再总结这点。

二、自定义类型

以栈为例，展开new对于自定义类型不同于malloc的不同之处。

class Stack
{
public:

Stack(int x = 10)
    :a(new int[x])
    ,_capacity(x)
    ,_size(0)
{ 
    cout << "Stack(int x = 10)" << endl;
}

private:

int _size;
int _capacity;
int* a;

};
int main()
{

//C
Stack* pst = (Stack*)malloc(sizeof(Stack));
free(pst);
pst = NULL;
//C++
Stack* pst2 = new Stack;
delete(pst2);
pst2 = nullptr;
return 0;

}

在这里插入图片描述

结论1：

可以从调试当中看出，我们的new对于内置类型会调用对象的构造函数进行初始化，并且还要说一点，他比起malloc还会对异常进行处理，当我们尝试在32位的情况开辟2g的内存的时候，我们看看编译器会报什么错–抛异常
在这里插入图片描述

抛异常后的选择

1.抛异常了，所以一般我们在new完之后要记得捕捉异常，因为有的时候有些地方申请内存失败，但是他罪不至死，通过捕捉异常我们可以进行再处理！
2.不做任何处理
在这里插入图片描述

异常捕捉打印结果

bad allocation，就是我们捕捉异常打印的结果，从下面的代码也可以看见我们的“haha’”并没有打印，说明一出现异常的时候catch就把我们的异常捕获了。

int main()
{ 
    size_t i = 2;
    try
    { 
        char* pi = new char[i * 1024 * 1024 * 1024];
        cout << "haha" << endl;
    }
    catch (const exception& e)
    { 
        cout << e.what() << endl;
    }
}

三、operator new/operator delete

这个函数不是重载函数，不是重载函数，不是重载函数！！！
new和delete是用户在动态申请内存和释放所用到的操作符，operator new和operator delete是系统提供的全局函数，全局函数，全局函数！！！

废话不多说，我们直接先来看看底层代码实现

/* 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;
 // ==0即申请失败
 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;//定义一个异常对象
 _RAISE(nomem);//对异常做处理
 }
 return (p);
}

在这里插入图片描述

我们可以看出，operator new对比起malloc只是多了一个异常的处理，内部动态申请内存空间也是由malloc代劳，它的返回值和malloc甚至都是一模一样，所以调用operator new和malloc并太大区别，只是在抛异常这点做了处理，并且可以看出他没有调用构造函数初始化！
operator delete底层涉及到阻塞队列，线程等概念，在这里我们初步理解为operator delete只是对free进行了一个封装，用起来和free差不多即可。当中释放空间的函数是用free的。

总结：假设对A类来说，new作用符就会干两件事情，调用operator new，和调用A的构造函数进行初始化。
在这里插入图片描述

四、new和delete的总结

1.对于内置类型来说，new和malloc，free和delete基本类似，不同的地方在于，new/delete是申请/释放单个元素的空间，new[]和delete[]申请的是连续空间，而且new而在申请空间失败时会抛异常，malloc会返回NULL。

2.对于自定义类型来说，new的原理: 即调用operator new开空间并且在申请的空间上执行构造函数，完成对象的构造。
delete的原理： 在空间上调用析构函数，完成对象中资源的清理工作，再调用operatir delete函数释放对象的空间。
其中new T[n]的原理： 调用operator new[]函数，operator new[]当中又是通过调用operator
new函数完成N个对象空间的申请，然后对这些空间执行N次构造函数。delete[]的原理：释放的对象空间上执行了N次析构函数，完成N个对象中资源的清理，调用operator delete[]释放空间，实际在operator delete[]中调用operator delete来释放空间。

小测试，画出下面的st与pst所在栈帧位置

class Stack
{ 
public:
    Stack(int cap)
        :_a(new int[cap])
        ,_top(0)
        ,_cap(cap)
    { }
private:
    int* _a;
    int _top;
    int _cap;
};
int main()
{ 
    Stack st(5);
    Stack* pst = new Stack(5);
    //....
    delete pst;
    pst = nullptr;
    return 0;
}

需要注意这两个实例化出来的对象一个是在栈，一个在堆，他们的声明周期是不一样的，但是他们的_a都是在堆上面，也证实了调用delete堆上的对象时，会先把它的资源（这里的_a）给清理了。这样才不会造成内存泄漏。
在这里插入图片描述

五、定位new表达式

定位new的作用是在已分配的原始内存空间中调用构造函数初始化一个对象

使用方式：两种方式差异即type有无默认构造函数！

new (place_address) type或者new (place_address) type(initializer-list)
place_address必须是一个指针，initializer-list是类型的初始化列表

定位new一般和内存池使用，正因为内存池分配出的内存没有初始化，所以如果是自定义类型的对象，需要使用new的定义表达式进行显示构造函数进行初始化。
但我们这里没涉及内存池，所以我们换一个测试，打印一句话证明调用成功即可。

class Stack
{ 
public:
    Stack(int cap)
        :_a(new int[cap])
        ,_top(0)
        ,_cap(cap)
    { 
        cout << "完成一次调用定位new\n";
    }
    ~Stack()
    { 
        free(_a);
        _a = nullptr;
        cout << "完成一次释放空间\n";
    }
private:
    int* _a;
    int _top;
    int _cap;
};
int main()
{ 
    Stack* pst = (Stack*)malloc(sizeof(Stack));
    new(pst) Stack(5);//这里调用Stack的构造需要传参
    delete(pst);
    pst = nullptr;
    return 0;
}

在这里插入图片描述

六、malloc/free和new/delete的区别

我们从三点出发：特点和用法，底层原理区别，处理错误的方式。

malloc/free是函数，new/delete是操作符（特点）
malloc申请空间需要手动计算空间，new的话只需要空间的类型就可以（用法）
malloc的返回值是void，new的返回值就是类型的指针(用法)。
malloc失败返回NULL，delete失败抛异常（处理错误的方式）
申请自定义类型对象时，malloc/free只会开辟空间，new会开辟好空间调用构造函数，delete会先调用析构函数再释放空间。new在申请空间用到了malloc，delete用到了free。（底层原理区别）

调用new的时候我们都做了什么？

我们调用new相当于调用operator new先把空间开出来（抛异常），new当中实现了定位new显示调用构造函数，然后还利用了模板把返回值处理了。
编辑器的话指令少了定位new直接调用，但我们调用的时候就要显式调用。