new与malloc的区别

1. 属性

new/delete是C++关键字,需要编译器支持。malloc/free是库函数,需要头文件支持。

2. 参数

使用new操作符申请内存分配时无须指定内存块的大小,编译器会根据类型信息自行计算。而malloc则需要显式地指出所需内存的尺寸。

3. 返回类型

new操作符内存分配成功时,返回的是对象类型的指针,类型严格与对象匹配,无须进行类型转换,故new是符合类型安全性的操作符。而malloc内存分配成功则是返回void * ,需要通过强制类型转换将void*指针转换成我们需要的类型。

4. 调用构造函数/析构函数

使用new操作符来分配对象内存时会经历三个步骤:

  1. 调用operator new 函数(对于数组是operator new[])分配一块足够大的,原始的,未命名的内存空间以便存储特定类型的对象。
  2. 编译器运行相应的构造函数以构造对象,并为其传入初值。
  3. 对象构造完成后,返回一个指向该对象的指针。

使用delete操作符来释放对象内存时会经历两个步骤:

  1. 调用对象的析构函数。
  2. 编译器调用operator delete(或operator delete[])函数释放内存空间。

5. 对数组的处理

C++提供了new[]与delete[]来专门处理数组类型:

A * ptr = new A[10]; //分配10个A对象

使用new[]分配的内存必须使用delete[]进行释放:

delete [] ptr;

new对数组的支持体现在它会分别调用构造函数函数初始化每一个数组元素,释放对象时为每个对象调用析构函数。注意delete[]要与new[]配套使用,不然会找出数组对象部分释放的现象,造成内存泄漏。
使用malloc分配一个数组的内存,需要指定数组的大小:

int * ptr = (int *) malloc( sizeof(int)* 10 ); //分配一个10个int元素的数组

6. 重载

C++允许重载new/delete操作符opeartor new /operator delete函数;malloc/free不允许重载。

7. 内存区域

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。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。而堆是操作系统中的术语,是操作系统所维护的一块特殊内存,用于程序的内存动态分配,C语言使用malloc从堆上分配内存,使用free释放已分配的对应内存。自由存储区不等于堆,如上所述,布局new就可以不位于堆中。(TODO:自由存储区与堆的区别?

8. 内存分配失败

new内存分配失败时,会抛出bac_alloc异常。malloc分配内存失败时返回NULL。
在operator new抛出异常以反映一个未获得满足的需求之前,它会先调用一个用户指定的错误处理函数,这就是new_handler。new_handler是一个指针类型:

namespace std
{
    typedef void (*new_handler)();
}

指向了一个没有参数没有返回值的函数,即为错误处理函数。为了指定错误处理函数,用户需要调用set_new_handler,这是一个声明于标准库的函数:

namespace std
{
    new_handler set_new_handler(new_handler p ) throw();
}

set_new_handler的参数为new_handler指针,指向了operator new 无法分配足够内存时该调用的函数。其返回值也是个指针,指向set_new_handler被调用前正在执行(但马上就要发生替换)的那个new_handler函数。
当new_handler执行并返回之后,之前失败的内存分配操作会重新进行,如果仍然分配失败,分配函数(operator new, operator new[])会继续调用new_handler,周而复始,直到new_handler==nullptr,分配函数会抛出std::bad_alloc异常。

9. 直观地重新分配内存

使用malloc分配的内存后,如果在使用过程中发现内存不足,可以使用realloc函数进行内存重新分配实现内存的扩充。realloc先判断当前的指针所指内存是否有足够的连续空间,如果有,原地扩大可分配的内存地址,并且返回原来的地址指针;如果空间不够,先按照新指定的大小分配空间,将原有数据从头到尾拷贝到新分配的内存区域,而后释放原来的内存区域。
new没有这样直观的配套设施来扩充内存。(实际使用中,可能只有想对数组扩容时,才会遇到这种情况)


参考资料:

[1] 经典面试题之new和malloc的区别
[2] 细说new与malloc的10点区别
[3] cppreference: set_new_handler

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