[C++深入] --- malloc/free和new/delete

1 new运算符的拓展

1.1 自由存储区与堆的概念

在C++中，内存区分为5个区，分别是堆、栈、自由存储区、全局/静态存储区、常量存储区。

自由存储区是C++基于new操作符的一个抽象概念，凡是通过new操作符进行内存申请，该内存即为自由存储区。
new操作符从自由存储区（free store）上为对象动态分配内存空间，而malloc函数从堆上动态分配内存。

那么自由存储区是否能等于堆（问题等价于new是否能在堆上动态分配内存），这取决于operator new 的实现细节。自由存储区不仅可以是堆，还可以是静态存储区，这都看operator new在哪里为对象分配内存。

1.2 new定位运算符概念和简单使用方法

new定位运算符的概念：
通常，new负责在堆（heap）中找到一个能够满足要求的内存块。new运算符还有一种变体，被称为定位（placement）new运算符，他能让你能够指定要使用的位置。程序员可以使用这种特性来设置其内存管理规程、处理需要通过特定地址进行访问的硬件或在特定位置创建对象。

new定位运算符的使用场景：

• 内存池管理：在内存池中预先分配一大块内存，然后在其中构造对象。
• 自定义内存分配策略：在特定的内存区域（如共享内存、内存映射文件等）中构造对象。
• 性能优化：通过减少内存分配和释放的开销来优化性能。

new定位运算符语法：

ptr = (Type*)new (ptr) TypeName;
其中 ptr 是一个指向已分配内存的指针，TypeName 是要构造的对象类型。

下面给出实例代码，定位new作用于简单类型的使用方法

#include <iostream>

using namespace std;

void assign_value(int *p, int num, int test)
{
	for (int i = 0; i < num; i++)
	{
		p[i] = i + test;
	}
}

void print_value(int *p, int num)
{
	for (int i = 0; i < num; i++)
	{
		std::cout << p[i] << " ";
	}
    std::cout << std::endl;

}

int main()
{
	char buffer[40];				//缓冲区
	cout << "buffer[40] address=" << (void*)buffer << endl;

	int* p1 = new int[10];			//常规new运算符
    std::cout << "p1 address" << p1 << std::endl;
    assign_value(p1, 10, 0);
    print_value(p1, 10);

	int* p2;
	p2 = new(buffer) int[10];		//定位new运算符
	cout << "p2 address=" << p2 << endl;
    assign_value(p2, 10, 50);
    print_value(p2, 10);

	int* p3;
	p3 = new(buffer) int[10];		//定位new运算符
	cout << "p3 address=" << p3 << endl;
    assign_value(p3, 10, 100);
    print_value(p3, 10);
    print_value(p2, 10);

	int* p4;
	p4 = new(buffer + 2 * sizeof(int))int;
	cout << "p4 address=" << p4 << endl;//偏移2个int字节的新地址
  	print_value(p4, 8);

  delete p1;
  delete p2;
  delete p3;
  delete p4;
	return 0;
}

执行结果如下：

1.3 定位new作用于复杂数据类型