在 C 和 C++ 中如何分配和释放 *array* 内存？

Posted 2023-02-17

【中文标题】在 C 和 C++ 中如何分配和释放 *array* 内存？

【英文标题】：How is *array* memory allocated and freed in C and C++?

【发布时间】：2009-08-20 08:23:35

【问题描述】：

我的问题是关于数组，不是对象。

关于malloc()/free() 与 new/delete 的 SO 存在一些问题，但所有问题都集中在它们的使用方式上的差异。我了解它们的使用方式，但我不了解导致使用差异的根本差异。

我经常听到 C 程序员说 malloc() 和 free() 是昂贵的操作，但我从未听过 C++ 程序员这样说 new 和 delete。我还注意到 C++ 没有对应于 C 的realloc() 的操作。

如果我正在编写与 C++ 的 vector 类等效的类，我希望在调整其大小时避免复制整个数组，但使用 new 和 delete 你必须复制。在 C 语言中，我会简单地 realloc()。值得注意的是，realloc() 可能只是复制整个数组，但我的印象是它使用相同的指针并为其分配的空间更少，至少在缩小尺寸时是这样。

所以我的问题是，malloc() 和 free() 使用的算法与 new 和 delete 使用的算法有何不同。更具体地说，为什么 C 方式有更昂贵的污名，为什么 C++ 方式不允许在不复制的情况下调整大小？

【问题讨论】：

realloc 非常时髦，它会根据实际参数和当前内存使用情况分配、删除、就地重新分配或重新分配和移动（从而使其他指针无效）。 IE。你不能从代码中真正看出它会做什么。

【参考方案1】：

在底层并没有真正的区别 - 通常默认的 new 和 delete 运算符将简单地调用 malloc 和 free。

至于“更贵的耻辱”，我的理论是这样的：在过去，每个周期都很重要，malloc 所花费的时间在许多情况下确实很重要。但是当 C++ 出现时，硬件速度要快得多，免费商店经理所花费的时间也相应地减少了。重点从高效利用机器资源转向高效利用程序员资源。

我不知道为什么 C++ 缺少 realloc 等效项。

【讨论】：

因为 realloc 很多时候只是简单地分配一个新块，将旧数据复制到新块，然后释放原始块。如果您想要一个动态调整大小的数组，请使用 std::vector

回到过去？好吧，看看 malloc 的代码，你就会明白为什么即使在今天它也会很昂贵。为什么你认为有这么多关于高效垃圾收集的研究？如果有的话，今天更糟，因为代码中有太多的 alloc/free，而没有太多考虑成本。

@xcramps：我的意思是，这是一个认知问题，而不是有形的技术差异。

是的，即使在今天，频繁的重新分配也会使应用程序变得更慢。这就是为什么有vector::reserve()。

@Goz：是的，但必须有人用 C++编写std::vector。为什么该人被拒绝 realloc 等效项？

【参考方案2】：

new 和 delete 通常使用 malloc() 和 free() 进行内存分配/释放。无论如何，他们必须使用一些原语进行内存分配/释放 - 重载 new 和 delete 运算符，这可能比 malloc() 和 free() 更快（比如说它可以在固定大小对象的内存池上工作的函数）。通常，除非您实际上已经完成了此类重载，否则您不会看到每种方式的内存分配成本有任何差异。

不允许重新分配，因为并非所有数据类型都允许在内存中移动——它们需要调用复制构造函数和析构函数才能正确移动。例如，您可能将一些图形节点结构存储在数组中。如果你盲目地移动它们，指向对象之间的指针将失效。

【参考方案3】：

“新建和删除可能是昂贵的操作” - 在那里，你现在有了 听一个 C++ 程序员这么说。但严重的是，两种语言的动态内存分配成本相同。

【讨论】：

好吧，实际上它“可以”花费更多来做一个新的，因为每个项目都会调用构造函数......

@Goz。原始类型的构造函数什么都不做，任何体面的编译器都会很乐意优化它们。

【参考方案4】：

我不知道 C 的“耻辱”，但用于调整 C++ 的大小。您可以使用placement new 来自定义new 的行为。

但是为什么要这样做呢？让编译器制造者做他们最擅长的事情！

【讨论】：

您是否有任何链接可以说明如何进行此操作？

【参考方案5】：

概括地说，C 传统上被用于资源受限的环境中，这既是因为它的存在时间更长，而且因为它用于嵌入式应用程序。因此，malloc 的潜在计算成本令人担忧，而在 PC 上更常用的 C++ 则不那么担心。

new 和 delete 很可能由您的编译器以与 malloc 非常相似的方式实现，但它们有一个区别（这就是它们存在的原因）——它们调用相关项的构造函数和析构函数。

当我说构造函数时，我当然是指所需的任何初始化（填写 VTABLES、设置初始化程序等）。这可能会使new 和delete 变慢，但在并排比较中（例如分配和释放int）没有根本区别。

【参考方案6】：

它们从根本上使用相同的分配技术——当然，在大多数实现中，默认的 C++ 运行时 new 不会比 malloc 快多少。最大的区别之一是您可以在 C++ 中重写分配器，这样您就可以使用针对您预期的内存行为优化的分配器 - 当然，您也可以在 C 中这样做，但是在语法方面有点麻烦。