说说new 和 malloc()

Posted 2021-10-29 david-lin

　　熟悉c++的朋友应该都知道，c++提供给了程序员与硬件打交道的可能性，比如说内存管理。一个高水平的c++程序员可以将c++程序的性能优化到极致，榨干硬件资源。而现在我想说说与内存管理有关的new 和 malloc()。

　　先说说malloc()，malloc是从C语言那里继承过来的一个函数，其用于分配一片内存，它的返回结果是一个指向你所需求的内存的指针，其函数原型和使用例子如下：

/*
　　函数原型
　　其中__size是你要分配的大小，其单位是byte
*/
void* malloc(size_t __size);

// 用例
int* pInt = (int*) malloc(sizeof(int));　　　　　　　　　　　　　　　// 分配了一个int
double* pDoubleArray = (double*) malloc(sizeof(double) * 5);　　 // 分配了一个double数组，其大小为5

　　一般来说，malloc总是能为你分配出内存。但是也存在山穷水尽，内存不够用的情况。这时候malloc会返回一个空指针(NULL, nullptr)。当你使用malloc的时候，你最好每次都要判断一下返回的指针是否为空。

　　现在内存已经分配出来了。当程序运行到某一些时刻，我又不想要这些内存了。这时候我们就要手动释放内存，否则的话就会造成内存泄露。通过free() 函数来释放内存，其函数原型和使用例子如下：

// 原型
void free(void* __ptr);

// 用例
free(pInt);
free(pDoubleArray);

　　有趣的是你传给free函数的只是一个指针，然而不管你是分配了一个元素还是分配了一个数组，free总能帮你释放掉这些内存（free 怎么知道你分配的数组的大小？）

　　让我来详细的说说malloc在分配内存的时候干了什么。malloc在分配内存的时候，不仅仅会分配你需要的内存大小，它还会在你的内存的头部和尾部加上一些额外的信息（俗称cookie）。比如说用来DEBUG的信息和你的内存的大小。这就解释了为什么能free掉你的内存，因为它知道你这块内存是多大的。值得一提的是这些Cookie会占用一些内存。。。

　　好了，malloc已经介绍的差不多了。还想说的一点是malloc只是一个第三方的函数，并不是操作系统的内核函数。如果有额外的需求的话，你可以设计自己的malloc。接下来谈谈new。

 

　　new是c++提供的一个操纵符(或者说关键字)。其也是用于分配内存的。其用例如下：

int* pInt = new int(3);　　　　　　　　　　　　// 分配并构造一个int
double* pDoubleArray = new double[5];　　　 // 分配了一个double数组，其大小是5

delete pInt;　　　　　　　　　　　　　　　　　　 // 删除单元素
delete[] pDoubleArray;　　　　　　　　　　　　 // 删除数组

　　还是老话题，一般来说程序是能为你分配出内存的，但是实在山穷水尽了怎么办？这时候程序就会抛出一个std::bad_alloc异常。注意，这是new 和 malloc 的区别之一。但是难能可贵的是C++提供了一个机制来处理bad_alloc异常，其做法如下:

void BadAllocateHandler()
{
　　std::cout << "啊，内存分配失败了" << std::endl;
　　exit(0);
}

std::set_new_handler(BadAllocateHandler);

　　BadAllocateHandler是程序员自己写的当分配失败时的处理函数。而set_new_handler是c++提供的机制。一般来说当山穷水尽的时候你所应该做的事只有两件。要么让程序退出，要么想办法从别的地方挖一些内存来继续分配。

　　你已经知道了new是一个关键字。对于一个程序来说，一切的动作都将回到函数调用。所以new的时候到底发生了什么呢？当你new的时候，首先程序会去调用::operator new()这个函数。然后::operator new()中程序会去调用malloc()。 喔！一切都明了了，原来new的本质也是去调用malloc函数！！同理，delete的本质是去调用free()函数。

　　虽然new的本质是去调用malloc，但是new 和 malloc还有一点很大的不同。那就是new 出来内存后，new会帮你把对象给构造出来，而malloc只是分配内存。具体例子如下：

class MyObj {
public:
　　public MyObj(int value) : val(value) {}
　　int val;
};

MyObj* obj = new MyObj(4);
MyObj* obj1 = (MyObj*) malloc(sizeof(MyObj));

　　new 的做法是在malloc分配出内存后，编译器会直接调用类的构造函数在这片内存中构造出对象。注意！只有编译器能直接调用类的构造函数。而你使用malloc的话，是无法直接在上面构造出对象的。

 

　　好了。new和malloc说的差不多了，接下来要说说内存管理以及内存池相关的知识，详情参见另一篇博文。