C++ 中 malloc/free 与 new/delete 浅析

拼搏现实的明天。 2022-08-05 14:22 165阅读 0赞

【摘要】

new/delete 通常来说是操作符，就是"+"，"-"一样，malloc/free 是 C++/C 语言的标准库函数 —— 本质区别。本文主要从以下5各方面比较、分析 malloc/free，new/delete 的区别 。 1.自动地分配所需空间。2.自动返回指针类型。3.初始化不同。4.源码实现不同。5.常见问题为什么有了new不剔除malloc。

【正文】

本质区别

>     new/delete 通常来说是操作符，就是"+"，"-"一样。 malloc/free 是 C++/C 语言的标准库函数 ——本质区别；

**操作对象范围不同**

> new/delete 是 C++ 里才有的，而 new/delete 与 malloc/free 一个显著的区别在于，new 是建造一个对象，并调用对象的构造函数来初始化对象，其实在所有的 new 操作过程中，总是分为两步的：第一步是申请内存，第二步则是调用构造函数初始化对象（也有文章指出，第三步是**返回指针所指向对象的类型和地址**）。同样，在调用 delete 的时候，需要先调用析构函数，然后在**销毁堆内存**。换言之 ， **对于非内部数据类型的对象而言，光用 malloc/free 无法满足动态对象的要求。对象在创建的同时要自动执行构造函数，对象在消亡之前要自动执行析构函数。由于 malloc/free 是库函数而不是运算符，不在编译器控制权限之内，不能够把执行构造函数和析构函数的任务强加于 malloc/free 。**如果用 free 释放“ new 创建的动态对象”，那么该对象因无法执行析构函数而可能导致程序出错。如果用 delete 释放“ malloc 申请的动态内存”，理论上讲程序不会出错，但是该程序的可读性很差。所以 new/delete 必须配对使用， malloc/free 也一样。 C++ 默认的 new/delete 操作符内部，其实也调用了 malloc/free 这两个函数；

**使用方法上的区别**

> **1. new能够按照变量类型自动地分配所需空间长度，不必使用宏sizeof。**
> 
> **2. new能够自动返回正确的指针类型。**
> 
> **3. 必须时，new能将单个变量初始化。**
> 
> **用例阐述**

>     malloc

> >     用 malloc 申请一块长度为length 的整数类型的内存，程序如下：
> 
> >     int *p = (int *) malloc ( sizeof(int) * length); 
> 
> >     我们应当把注意力集中在两个要素上：“类型转换”和“sizeof”。
> 
> > >     void * malloc(size_t size);
> 
> >     1、malloc 返回值的类型是 void *，所以在调用 malloc 时要显式地进行类型转换，将 void * 转换成所需要的指针类型。
> 
> >     2、malloc 函数本身并不识别要申请的内存是什么类型，它只关心内存的总字节数。

>     free

> >     void free( void * memblock );

> >     为什么free 函数不象malloc 函数那样复杂呢？这是因为指针p 的类型以及它所指的内存的容量事先都是知道的，语句free(p)能正确地释放内存。如果p 是NULL 指针，那么free对p 无论操作多少次都不会出问题。如果p 不是NULL 指针，那么free 对p连续操作两次就会导致程序运行错误。（悬浮指针和空指针的区别就在这里）

>     new/delete

> >     运算符 new 使用起来要比函数 malloc 简单得多，例如：
> 
> > >     int *p1 = (int *)malloc(sizeof(int) * length);  
> 
> > >     int *p2 = new int[length]; 
> 
> >     这是因为 new 内置了sizeof、类型转换和类型安全检查功能。对于非内部数据类型的对象而言，new 在创建动态对象的同时完成了初始化工作。如果对象有多个构造函数，那么new 的语句也可以有多种形式。
> 
> >     如果用new 创建对象数组，那么只能使用对象的无参数构造函数。例如
> 
> > >     Obj *objects = new Obj[100]; // 创建100 个动态对象 
> 
> >     不能写成
> 
> > >     Obj *objects = new Obj[100](1);// 创建100 个动态对象的同时赋初值1 
> 
> >     在用delete 释放对象数组时，留意不要丢了符号‘[ ]’。例如
> 
> > >     delete []objects; // 正确的用法 
> 
> > >     delete objects; // 错误的用法 
> 
> >     后者相当于delete objects[0]，漏掉了另外99 个对象。

**malloc/free 与 new/delete共同点**

>     1 都必须配对使用，这里的配对使用，可不能理解为一个 new/malloc 就对应一个 delete/free ，而是指在作用域内，new/malloc 所申请的内存，必须被有效释放，否则将会导致内存泄露，至于内存泄露的检查方法，我们推荐的工具是大家众所周知的 Bounds Checker；
>     2 都是申请内存，释放内存，free和delete可以释放NULL指针。

**既然new/delete的功能完全覆盖了malloc /free，为什么C++还保留malloc/free呢？**

>     对于非内部数据类型对象（如类对象）而言，只用malloc/free 无法满足动态对象的要求。对象在创建的同时要自动执行构造函数，对象在消亡之前要自动执行析构函数。 由于，malloc/free是库函数而不是运算符，不在编译器控制权限之内，也就不能执行构造函数和析构函数，不能够把执行构造函数和析构函数的任务强加于malloc/free。 所以，若要强求使用malloc/free库函数实现非内部数据类型对象的内存管理，在malloc（）后要有一个类对象的初始化来承担构造函数的功能，同时，在free之前也要有一个消除函数来充当析构函数的功能，当然这是很不方便，也是不提倡的。 因此，C++语言需要一个能完成动态内存分配和初始化工作的运算符new，以及一个能完成清理与释放内存工作的运算符delete。new/delete不是库函数，而是运算符。 而对于内部数据类型，由于内部数据类型的对象没有构造函数与析构函数的过程，对他们来说，malloc/free与new/delete是等价的。 或许你会问，既然new/delete的功能完全可以实现malloc/free的功能，为什么C++中不把malloc/free淘汰掉呢，这可能涉及到一个兼容性问题，C++程序要经常调用C函数，而C语言中只能用malloc/free来管理内存。