malloc vs new && delete vs delete[]

Posted 2021-01-19 deepllz

1.malloc vs new

①malloc分配的内存位于堆上，new分配的内存位于‘自由存储区’，自由存储区是C++中一个抽象的概念，有别于堆。一般的g++编译器实现的new的调用过程如下：new operator->operator new->malloc

平时我们用的都是new operator，例如:int* p = new int，new operator会继续调用malloc（malloc不能被重载），所以一般情况下自由存储区就是在堆上的，但是operator new可以被重载，所以通过operator new分配的内存未必都在堆上，因此free store 和 heap还是有点区别

②malloc返回的指针类型是void*，需要手动强转为需要的类型，而new不需要如此，new的返回类型是类型安全的

③malloc分配内存失败会返回nullptr，而new则会直接抛出异常。另外new还可以通过set_new_handler设置分配失败时执行的逻辑，malloc则没有提供这样的使用方式

④在数组的内存分配上有所不同，malloc只管分配多大的字节，new []可以指定分配的是数组，并使用delete []释放

⑤new和delete会调用类的constructor和destructor，malloc则不会

注：operator new是C++中的函数，内部调用malloc，返回类型为void*，只负责分配内存，而new operator是在C++编译层由编译器实现的，首先调用operator new分配内存，然后调用placement new调用对象的构造，如下可能是其实现的简单版本：

new T;
template<T>
T* new_operator(args) {
   void* mem = ::operator new(sizeof(T));
   T* obj;
   if(BasicTypeTraits<T>::IsBasicType == false){
       obj = new (mem) T(args); //placement new  
   } else {
       obj = mem;
   }
   return obj;
}

其中args是类的构造函数的参数，可以不传，BaiscTypeTraits用来判断是否是基本类型，即C++ traits的应用，如果是基本类型无需调用构造函数，否则就要使用placement new调用对象的构造函数。

这是单个类的情况，如果是new[] 就再加一个循环就OK了。

delete  operator与之类似，首先调用对象的析构：obj->~T();然后再调用operator delete：operator delete(mem);

注：malloc分配的时候要指定分配内存的大小，利用free释放的时候却不需要指定大小，那么free是怎么知道该释放多大内存呢？在实现上，malloc分配的内存大小会比传入的值稍大，多余的内存用来存储分配的内存大小（用户是无权访问的，应该是由操作系统管理），然后在free的时候找到这个内存的大小，就可以释放对应的内存了。另外因为delete内部实现也是调用free，因此delete也不用传入内存大小。

 

2.delete vs delete[]

在使用new/delete的时候，使用new分配内存要用delete释放，使用new[]分配要使用delete[]。那么二者的区别到底是什么呢？

delete的过程是：先调用对象的析构函数，然后再调用free释放这个对象，delete[]同理。

delete[]的出现主要是为了解决释放对象数组的时候调用其析构的问题。在使用new A[100]的时候显示的传入了创建对象的个数，因此很明确要调用多少次构造函数。但是在释放的时候delete[]还是没有传入对象的个数，那么其该如何知道调用多少次析构函数呢？

可能的方式是这样的：因为delete在内部会调用free，而free能拿到内存的大小，delete的参数是个指针，可以获取指针的类型，就可以获得这个类型的大小，用总大小除以这个类型的大小就可以拿到数组中对象的个数。但是这样的前提是free先调用，在调用free之前不能拿到内存大小，而free一旦调用整个数组的内存就被释放了，这时候还没调用对象的析构呢，就可能导致内存泄漏了。那delete[]到底是怎么处理的呢？

答案就是：在new A[100]的时候，这个数组长度100被存在了整个数组的前面size_t字节处（size_t根据平台不同可能是4或8），相当于new A[100]的时候分配的总内存是：malloc需要记录的内存总大小数+对象个数+对象数组，然后返回地址是对象数组的首地址。在delete[]的时候先去拿到这个对象个数，再循环调用析构函数。前面说了malloc记录那个内存总大小用户无权访问，但是这个对象个数我们是可以拿到的，示例代码如下：

#include<iostream>
using namespace std;

class A{
    public:
    A(){}
    ~A(){}
    int a;
    char b;
};

int main(){

A* a = new A[6];
size_t* p = (size_t*)a;
p--;
cout << *(size_t*)p <<endl;
delete[] a;   //如果换成 delete a；程序可能崩溃
a = NULL;

int* aa = new int[100];
delete aa; 
return 0;  
}

最终的输出就是6

如果delete[] a换成delete a，那么就只会调用一个对象的析构，然后就将数组的内存释放掉了，相当于其他5个对象的析构均没有调用，C++对这种情况的处理是未定义行为，运气好的话最多就是内存泄漏，运气不好程序就崩溃了，所以new[] delete[]必须成对的使用，而不能窜用。

另外，如果new[]的是一个基本类型的数组，比如int，那么就不会将其长度记录，因为基本类型没有析构函数，直接调用free释放即可，所以上面示例程序的最后delete aa，是可以成功释放的，但是为了良好的编程习惯还是要写delete []。

 

参考：

https://stackoverflow.com/questions/240212/what-is-the-difference-between-new-delete-and-malloc-free

https://stackoverflow.com/questions/1518711/how-does-free-know-how-much-to-free

https://stackoverflow.com/questions/1350819/c-free-store-vs-heap