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new和malloc的用法和區(qū)別
時間：2025-01-22 來源：華清遠見
一.c++中new的三種使用方法包括：plain new， nothrow new 和 placement new。
1. plain new 就是我們最常使用的new的方式，在C++中的定義如下：
1.1 void* operator new(std::size_t) throw(std::bad_alloc);
1.2 void operator delete( void *) throw();
plain new在分配失敗的情況下，拋出異常std::bad_alloc而不是返回NULL。
2. nothrow new 是不拋出異常的運算符new的形式。nothrow new在失敗時，返回NULL。定義如下：
2.1 void * operator new(std::size_t, const std::nothrow_t&) throw();
2.2 void operator delete(void*) throw();
3. placement new 意即“放置”，這種new允許在一塊已經(jīng)分配成功的內(nèi)存上重新構(gòu)造對象或?qū)ο髷?shù)組。placement new不用擔(dān)心內(nèi)存分配失敗，因為它根本不分配內(nèi)存，它做的唯一一件事情就是調(diào)用對象的構(gòu)造函數(shù)。定義如下：
3.1 void* operator new(size_t, void*);
3.2 void operator delete(void*, void*);
palcement new 的主要用途就是反復(fù)使用已分配的內(nèi)存，避免多次分配的開銷和風(fēng)險。
二.malloc的用法
1.概念
malloc函數(shù)在C語言中用于動態(tài)分配內(nèi)存。其全稱是memory allocation，用于申請一塊連續(xù)的指定大小的內(nèi)存塊區(qū)域，并以void*類型返回分配的內(nèi)存區(qū)域地址。malloc函數(shù)的原型為：
void *malloc(unsigned int size);
該函數(shù)在內(nèi)存的動態(tài)存儲區(qū)中分配一個長度為size的連續(xù)空間。如果分配成功，則返回指向被分配內(nèi)存的指針；如果分配失敗，則返回空指針NULL。malloc函數(shù)返回的指針需要通過類型轉(zhuǎn)換才能用于具體的數(shù)據(jù)對象。
1. 分配內(nèi)存：使用malloc函數(shù)分配指定大小的內(nèi)存塊。例如，分配100個字節(jié)的內(nèi)存：
int *ptr = (int*)malloc(100 * sizeof(int));
三. new和malloc的區(qū)別
1. 申請的內(nèi)存所在位置
new操作符從自由存儲區(qū)（free store）上為對象動態(tài)分配內(nèi)存空間，而malloc函數(shù)從堆上動態(tài)分配內(nèi)存。
自由存儲區(qū)是C++基于new操作符的一個抽象概念，凡是通過new操作符進行內(nèi)存申請，該內(nèi)存即為自由存儲區(qū)。而堆是操作系統(tǒng)中的術(shù)語，是操作系統(tǒng)所維護的一塊特殊內(nèi)存，用于程序的內(nèi)存動態(tài)分配，C語言使用malloc從堆上分配內(nèi)存，使用free釋放已分配的對應(yīng)內(nèi)存。
那么自由存儲區(qū)是否能夠是堆（問題等價于new是否能在堆上動態(tài)分配內(nèi)存），這取決于operator new 的實現(xiàn)細節(jié)。自由存儲區(qū)不僅可以是堆，還可以是靜態(tài)存儲區(qū)，這都看operator new在哪里為對象分配內(nèi)存。
特別的，new甚至可以不為對象分配內(nèi)存！定位new的功能可以辦到這一點：
new (place_address) type
place_address為一個指針，代表一塊內(nèi)存的地址。當(dāng)使用上面這種僅以一個地址調(diào)用new操作符時，new操作符調(diào)用特殊的operator new，也就是下面這個版本：
void * operator new (size_t,void *) //不允許重定義這個版本的operator new
這個operator new不分配任何的內(nèi)存，它只是簡單地返回指針實參，然后右new表達式負責(zé)在place_address指定的地址進行對象的初始化工作。
2.返回類型安全性
new操作符內(nèi)存分配成功時，返回的是對象類型的指針，類型嚴(yán)格與對象匹配，無須進行類型轉(zhuǎn)換，故new是符合類型安全性的操作符。而malloc內(nèi)存分配成功則是返回void * ，需要通過強制類型轉(zhuǎn)換將void*指針轉(zhuǎn)換成我們需要的類型。
3.內(nèi)存分配失敗時的返回值
new內(nèi)存分配失敗時，會拋出bad_alloc異常，它不會返回NULL；malloc分配內(nèi)存失敗時返回NULL。
在使用C語言時，我們習(xí)慣在malloc分配內(nèi)存后判斷分配是否成功：示例如下：
int *a = (int *)malloc ( sizeof (int ));
if(NULL == a){
…
}
else
{
...
}
c++中正確的做法應(yīng)該是使用異常機制：
try
{
int *a = new int();
}catch (bad_alloc &obj)
{
...
}
4.是否需要指定內(nèi)存大小
使用new操作符申請內(nèi)存分配時無須指定內(nèi)存塊的大小，編譯器會根據(jù)類型信息自行計算，而malloc則需要顯式地指出所需內(nèi)存的尺寸。
class Demo{...
};
int main()
{
Demo * ptr = new Demo ;
Demo * ptr = (Demo *)malloc(sizeof(Demo )); //需要顯式指定所需內(nèi)存大小sizeof(Demo );
}
當(dāng)然了，我這里使用malloc來為我們自定義類型分配內(nèi)存是不怎么合適的，請看下一條。
5.是否調(diào)用構(gòu)造函數(shù)/析構(gòu)函數(shù)
使用new操作符來分配對象內(nèi)存時會經(jīng)歷三個步驟：
第一步：調(diào)用operator new 函數(shù)（對于數(shù)組是operator new[]）分配一塊足夠大的，原始的，未命名的內(nèi)存空間以便存儲特定類型的對象。
第二步：編譯器運行相應(yīng)的構(gòu)造函數(shù)以構(gòu)造對象，并為其傳入初值。
第三部：對象構(gòu)造完成后，返回一個指向該對象的指針。
使用delete操作符來釋放對象內(nèi)存時會經(jīng)歷兩個步驟：
第一步：調(diào)用對象的析構(gòu)函數(shù)。
第二步：編譯器調(diào)用operator delete(或operator delete[])函數(shù)釋放內(nèi)存空間。
總之來說，new/delete會調(diào)用對象的構(gòu)造函數(shù)/析構(gòu)函數(shù)以完成對象的構(gòu)造/析構(gòu)。而malloc則不會。示例如下：
class Demo
{
public:
Demo() :a(1), b(1.2)
{
cout << __LINE__ << ":" << __func__ << endl;
}
private:
int a;
double b;
};
int main()
{
Demo * ptr = (Demo*)malloc(sizeof(Demo)); //構(gòu)造函數(shù)沒有調(diào)用
return 0;
}
而使用new來分配對象時，示例如下:
class Demo
{
public:
Demo() :a(1), b(1.2)
{
cout << a << ":" << b << endl;
}
private:
int a;
double b;
};
int main()
{
Demo * ptr = new Demo;
return 0;
}
6.對數(shù)組的處理
C++提供了new[]與delete[]來專門處理數(shù)組類型:
A * ptr = new A[10];//分配10個A對象
使用new[]分配的內(nèi)存必須使用delete[]進行釋放：
delete [] ptr;
new對數(shù)組的支持體現(xiàn)在它會分別調(diào)用構(gòu)造函數(shù)函數(shù)初始化每一個數(shù)組元素，釋放對象時為每個對象調(diào)用析構(gòu)函數(shù)。注意delete[]要與new[]配套使用，不然會找出數(shù)組對象部分釋放的現(xiàn)象，造成內(nèi)存泄漏。
至于malloc，它并知道你在這塊內(nèi)存上要放的數(shù)組還是啥別的東西，反正它就給你一塊原始的內(nèi)存，在給你個內(nèi)存的地址就完事。所以如果要動態(tài)分配一個數(shù)組的內(nèi)存，還需要我們手動指定數(shù)組的大小：
int * ptr = (int *) malloc( sizeof(int)* 10 );//分配一個10個int元素的數(shù)組
7.new與malloc是否可以相互調(diào)用
operator new /operator delete的實現(xiàn)可以基于malloc，而malloc的實現(xiàn)不可以去調(diào)用new。下面是編寫operator new /operator delete 的一種簡單方式，其他版本也與之類似：
1. void * operator new (sieze_t size)
2. {
3. if(void * mem = malloc(size)
4. return mem;
5. else
6. throw bad_alloc();
7. }
8. void operator delete(void *mem) noexcept
9. {
10. free(mem);
11. }
8.是否可以被重載
opeartor new /operator delete可以被重載。標(biāo)準(zhǔn)庫是定義了operator new函數(shù)和operator delete函數(shù)的8個重載版本：
//這些版本可能拋出異常
1. void * operator new(size_t);
2. void * operator new[](size_t);
3. void * operator delete (void * )noexcept;
4. void * operator delete[](void *0）noexcept;
//這些版本承諾不拋出異常
5. void * operator new(size_t ,nothrow_t&) noexcept;
6. void * operator new[](size_t, nothrow_t& );
7. void * operator delete (void *,nothrow_t& )noexcept;
8. void * operator delete[](void *0,nothrow_t& ）noexcept;
我們可以自定義上面函數(shù)版本中的任意一個，前提是自定義版本必須位于全局作用域或者類作用域中。太細節(jié)的東西不在這里講述，總之，我們知道我們有足夠的自由去重載operator new /operator delete ,以決定我們的new與delete如何為對象分配內(nèi)存，如何回收對象。
而malloc/free并不允許重載。
9. 能夠直觀地重新分配內(nèi)存
使用malloc分配的內(nèi)存后，如果在使用過程中發(fā)現(xiàn)內(nèi)存不足，可以使用realloc函數(shù)進行內(nèi)存重新分配實現(xiàn)內(nèi)存的擴充。realloc先判斷當(dāng)前的指針?biāo)竷?nèi)存是否有足夠的連續(xù)空間，如果有，原地擴大可分配的內(nèi)存地址，并且返回原來的地址指針；如果空間不夠，先按照新指定的大小分配空間，將原有數(shù)據(jù)從頭到尾拷貝到新分配的內(nèi)存區(qū)域，而后釋放原來的內(nèi)存區(qū)域。
new沒有這樣直觀的配套設(shè)施來擴充內(nèi)存。
10. 客戶處理內(nèi)存分配不足
在operator new拋出異常以反映一個未獲得滿足的需求之前，它會先調(diào)用一個用戶指定的錯誤處理函數(shù)，這就是new-handler。new_handler是一個指針類型：
1. namespace std
2. {
3. typedef void (*new_handler)();
4. }
指向了一個沒有參數(shù)沒有返回值的函數(shù),即為錯誤處理函數(shù)。為了指定錯誤處理函數(shù)，客戶需要調(diào)用set_new_handler，這是一個聲明的一個標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù):
1. namespace std
2. {
3. new_handler set_new_handler(new_handler p ) throw();
4. }
set_new_handler的參數(shù)為new_handler指針，指向了operator new 無法分配足夠內(nèi)存時該調(diào)用的函數(shù)。其返回值也是個指針，指向set_new_handler被調(diào)用前正在執(zhí)行（但馬上就要發(fā)生替換）的那個new_handler函數(shù)。
對于malloc，客戶并不能夠去編程決定內(nèi)存不足以分配時要干什么事，只能看著malloc返回NULL。
總結(jié)
將上面所述的10點差別整理成表格：
