认识C++内存管理的工具 （一）

1. 内存管理函数的层次

从下图中可以看到，C++程序员处于的位置是最上层的Applications，用的最多的是new，new[]，如果用容器，则内存基本不用管理。其次也可以调用malloc。至于最底层的操作系统级别的API，没有可移植性。它们之间的调用关系如上图的箭头所示。

2. Memory primitives分类

分配	释放	所属	可否重载
malloc	free	C函数	否
new	delete	C++表达式	否
::operator new()	::operator delete()	C++函数	可
allocator<T>::allocate()	allocator<T>::deallocate()	STL分配器	可以自己设计搭配容器

void primitives_sample()
{
    // CRT 运行时函数
    void *p1 = malloc( 512 );
    free( p1 );

    // new
    complex<int> *p2 = new complex<int>;
    delete p2;

    // ::operator new() 全局函数, 可被重载
    void *p3 = ::operator new( sizeof( int ) ); // 内部调用 malloc
    ::operator delete( p3 );    //内部调用delete

    // allocator 分配器, STL 容器分配内存的方式
    void *p4 = allocator<int>().allocate( 7 );
    allocator<int>().deallocate( (int *)p4, 7 );
}

3. new的初步探究

c++的程序员基本都会用new来为对象分配一个堆内存，并且new会调用对应的构造函数，构造函数是用来初始化对象的，所以总结出new的功能是：

1. 在堆中分配一块指定对象大小的内存
2. 将返回的指针转换为指向对象类型的指针
3. 通过指针调用对象相应的构造函数

4. 测试new的调用流程

struct A
{
    int a;
    int b;
    A() {}
    A(int _a, int _b): a(_a), b(_b) {}
};

int main()
{
    A* tmp_a = new A(2, 8);
    delete tmp_a;
}

上面的4张图是在MSVC中反汇编的运行时代码。从第1张图可以看出，new调用了operator new，从第3张图可以看出，operator new内部调用了malloc。实际上编译器是在new的地方调用了对应的构造函数，并不是在new的内部，new只是编译器识别的一个标识符，并不是函数，编译器看到new后会malloc，然后调用构造函数。

VS2019可以看到operator new的源码：

_CRT_SECURITYCRITICAL_ATTRIBUTE
void* __CRTDECL operator new(size_t const size)
{
    for (;;)
    {
        if (void* const block = malloc(size))
        {
            return block;
        }

        if (_callnewh(size) == 0)
        {
            if (size == SIZE_MAX)
            {
                __scrt_throw_std_bad_array_new_length();
            }
            else
            {
                __scrt_throw_std_bad_alloc();
            }
        }
        // The new handler was successful; try to allocate again...
    }
}

上面的operator new的作用是调用malloc分配内存。当malloc成功后直接返回。当malloc失败后，并不会再次malloc，而是调用_callnewh() new_handler()，这个函数的作用是向自己定义的函数索取内存，所以new_handler可以理解为释放一些缓存，调用完new_handler后，可能释放了内存，这个时候再尝试调用malloc获取内存。

5. delete的初步探究

6. 测试delete的调用流程

using namespace std;

struct A
{
    int a;
    int b;
    A() {}
    A(int _a, int _b) : a(_a), b(_b) {}
    ~A() {}
};

int main()
{
    A* tmp_a = new A(2, 8);
    delete tmp_a;
}