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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。
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。
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)
{
...
}
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);
使用new操作符来分配对象内存的时候会经历三个步骤
使用delete删除来释放对象内存时会经历两个步骤
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
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);
}
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
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。
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。
特征 | new/delete | malloc/free |
---|---|---|
分配内存的位置 | 自由存储区 | 堆 |
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 |