new和malloc的区别

new和malloc的区别

[TOC]

  1. 申请内存所在的位置

    new操作符是从自由存储区(free store)上为对象动态分配内存空间,而malloc函数是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进行内存申请,该内存即为自由存储区。而堆是操作系统的术语,是操作系统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。


    那么自由存储区是否能够是堆(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。

    特别的,new甚至可以不为对象分配内存!定位new的功能可以办到这一点:

    new (place_address) type
    

    place_address为一个指针,代表一块内存的地址。当使用上面这种仅以一个地址调用new操作符时,new操作符调用特殊的operator new,也就是下面这个版本:

    void * operator new (size_t,void *) //不允许重定义这个版本的operator new
    

    这个operator new不分配任何的内存,它只是简单地返回指针实参,然后右new表达式负责在place_address指定的地址进行对象的初始化工作。


  1. 返回类型的安全性

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

  2. 内存分配失败时的返回值

    malloc分配内存失败时会返回Null,C语言里,我们习惯在malloc分配内存后判断分配是否成功:

    int *a  = (int *)malloc ( sizeof (int ));
    if(NULL == a)
    {
        ...
    }
    else 
    {
        ...
    }
    

    而new内存分配失败时会抛出bac_alloc异常:

    try
    {
        int *a = new int();
    }
    catch (bad_alloc)
    {
        ...
    }
    
  1. 是否需要指定内存大小

    new操作符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需要显示的指出所需内存的尺寸

    class A{...}
    A * ptr = new A;
    A * ptr = (A *)malloc(sizeof(A)); //需要显式指定所需内存大小sizeof(A);
    
  1. 是否调用了构造函数/析构函数

    使用new操作符来分配对象内存的时候会经历三个步骤

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

    使用delete删除来释放对象内存时会经历两个步骤

    • 调用对象的析构函数
    • 编译器调用operator delete(或者operator delete[])函数释放内存空间
  2. 对数组的处理

    C++提供了new[]和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[]和new[]配套使用。

    malloc只是分配一块内存而已

  3. 可以用malloc来实现简单的operator new

    void * operator new (sieze_t size)
    {
        if(void * mem = malloc(size)
            return mem;
        else
            throw bad_alloc();
    }
    void operator delete(void *mem) noexcept
    {
        free(mem);
    }
    
  4. 是否可以重载

    operator new/ operator delete可以重载,标准库定义了operator new 和 operator delete函数的8个重载版本

    //这些版本可能抛出异常
    void * operator new(size_t);
    void * operator new[](size_t);
    void * operator delete (void * )noexcept;
    void * operator delete[](void *0)noexcept;
    //这些版本承诺不抛出异常
    void * operator new(size_t ,nothrow_t&) noexcept;
    void * operator new[](size_t, nothrow_t& );
    void * operator delete (void *,nothrow_t& )noexcept;
    void * operator delete[](void *0,nothrow_t& )noexcept;
    

    malloc和free无法重载

  5. 能否直观的重新分配内存

    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。

  6. 内存不足时的处理

    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,客户需要调用set_new_handler,这是一个声明于的一个标准库函数:

    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。

    对于malloc,客户并不能够去编程决定内存不足以分配时要干什么事,只能看着malloc返回NULL。

总结

特征 new/delete malloc/free
分配内存的位置 自由存储区
内存分配失败返回值 完整类型指针 void*
内存分配失败返回值 默认抛出异常 返回NULL
分配内存的大小 由编译器根据类型计算得出 必须显式指定字节数
处理数组 有处理数组的new版本new[] 需要用户计算数组的大小后进行内存分配
已分配内存的扩充 无法直观地处理 使用realloc简单完成
是否相互调用 可以,看具体的operator new/delete实现 不可调用new
分配内存时内存不足 客户能够指定处理函数或重新制定分配器 无法通过用户代码进行处理
函数重载 允许 不允许
构造函数与析构函数 调用 不调用
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