深入解析malloc/free和new/delete的區(qū)別在哪里

1. malloc()函數(shù)
1.1 malloc的全稱是memory allocation，中文叫動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配。
原型：extern void *malloc(unsigned int num_bytes);?
說(shuō)明：分配長(zhǎng)度為num_bytes字節(jié)的內(nèi)存塊。如果分配成功則返回指向被分配內(nèi)存的指針，分配失敗返回空指針NULL。當(dāng)內(nèi)存不再使用時(shí)，應(yīng)使用free()函數(shù)將內(nèi)存塊釋放。

1.2 void *malloc(int size);?
說(shuō)明：malloc 向系統(tǒng)申請(qǐng)分配指定size個(gè)字節(jié)的內(nèi)存空間，返回類型是 void* 類型。void* 表示未確定類型的指針。C,C++規(guī)定，void* 類型可以強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為任何其它類型的指針。 　　
備注：void* 表示未確定類型的指針，更明確的說(shuō)是指申請(qǐng)內(nèi)存空間時(shí)還不知道用戶是用這段空間來(lái)存儲(chǔ)什么類型的數(shù)據(jù)（比如是char還是int或者...）

1.3 free
void free(void *FirstByte)： 該函數(shù)是將之前用malloc分配的空間還給程序或者是操作系統(tǒng)，也就是釋放了這塊內(nèi)存，讓它重新得到自由。

1.4注意事項(xiàng)
1）申請(qǐng)了內(nèi)存空間后，必須檢查是否分配成功。

2）當(dāng)不需要再使用申請(qǐng)的內(nèi)存時(shí)，記得釋放；釋放后應(yīng)該把指向這塊內(nèi)存的指針指向NULL，防止程序后面不小心使用了它。

3）這兩個(gè)函數(shù)應(yīng)該是配對(duì)。如果申請(qǐng)后不釋放就是內(nèi)存泄露；如果無(wú)故釋放那就是什么也沒(méi)有做。釋放只能一次，如果釋放兩次及兩次以上會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤（釋放空指針例外，釋放空指針其實(shí)也等于啥也沒(méi)做，所以釋放空指針釋放多少次都沒(méi)有問(wèn)題）。

4）雖然malloc()函數(shù)的類型是(void *),任何類型的指針都可以轉(zhuǎn)換成(void *),但是最好還是在前面進(jìn)行強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換，因?yàn)檫@樣可以躲過(guò)一些編譯器的檢查。

1.5 malloc()到底從哪里得到了內(nèi)存空間？
答案是從堆里面獲得空間。也就是說(shuō)函數(shù)返回的指針是指向堆里面的一塊內(nèi)存。操作系統(tǒng)中有一個(gè)記錄空閑內(nèi)存地址的鏈表。當(dāng)操作系統(tǒng)收到程序的申請(qǐng)時(shí)，就會(huì)遍歷該鏈表，然后就尋找第一個(gè)空間大于所申請(qǐng)空間的堆結(jié)點(diǎn)，然后就將該結(jié)點(diǎn)從空閑結(jié)點(diǎn)鏈表中刪除，并將該結(jié)點(diǎn)的空間分配給程序。

2. new運(yùn)算符

2.1 C++中，用new和delete動(dòng)態(tài)創(chuàng)建和釋放數(shù)組或單個(gè)對(duì)象。
動(dòng)態(tài)創(chuàng)建對(duì)象時(shí)，只需指定其數(shù)據(jù)類型，而不必為該對(duì)象命名，new表達(dá)式返回指向該新創(chuàng)建對(duì)象的指針，我們可以通過(guò)指針來(lái)訪問(wèn)此對(duì)象。
int *pi=new int;
這個(gè)new表達(dá)式在堆區(qū)中分配創(chuàng)建了一個(gè)整型對(duì)象，并返回此對(duì)象的地址，并用該地址初始化指針pi 。

2.2 動(dòng)態(tài)創(chuàng)建對(duì)象的初始化
動(dòng)態(tài)創(chuàng)建的對(duì)象可以用初始化變量的方式初始化。
int *pi=new int(100); //指針pi所指向的對(duì)象初始化為100
string *ps=new string(10,'9');//*ps 為“9999999999”

如果不提供顯示初始化，對(duì)于類類型，用該類的默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)初始化；而內(nèi)置類型的對(duì)象則無(wú)初始化。
也可以對(duì)動(dòng)態(tài)創(chuàng)建的對(duì)象做值初始化：
int *pi=new int( );//初始化為0
int *pi=new int;//pi 指向一個(gè)沒(méi)有初始化的int
string *ps=new string( );//初始化為空字符串 （對(duì)于提供了默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)的類類型，沒(méi)有必要對(duì)其對(duì)象進(jìn)行值初始化）

2.3 撤銷動(dòng)態(tài)創(chuàng)建的對(duì)象
delete表達(dá)式釋放指針指向的地址空間。
delete pi ;// 釋放單個(gè)對(duì)象
delete [ ]pi;//釋放數(shù)組
如果指針指向的不是new分配的內(nèi)存地址，則使用delete是不合法的。

2.4 在delete之后，重設(shè)指針的值
delete p; //執(zhí)行完該語(yǔ)句后，p變成了不確定的指針，在很多機(jī)器上，盡管p值沒(méi)有明確定義，但仍然存放了它之前所指對(duì)象的地址，然后p所指向的內(nèi)存已經(jīng)被釋放了，所以p不再有效。此時(shí)，該指針變成了懸垂指針（懸垂指針指向曾經(jīng)存放對(duì)象的內(nèi)存，但該對(duì)象已經(jīng)不存在了）。懸垂指針往往導(dǎo)致程序錯(cuò)誤，而且很難檢測(cè)出來(lái)。
一旦刪除了指針?biāo)傅膶?duì)象，立即將指針置為0，這樣就非常清楚的指明指針不再指向任何對(duì)象。（零值指針：int *ip=0;）

2.5 區(qū)分零值指針和NULL指針
零值指針，是值是0的指針，可以是任何一種指針類型，可以是通用變體類型void*也可以是char*，int*等等。
空指針，其實(shí)空指針只是一種編程概念，就如一個(gè)容器可能有空和非空兩種基本狀態(tài)，而在非空時(shí)可能里面存儲(chǔ)了一個(gè)數(shù)值是0，因此空指針是人為認(rèn)為的指針不提供任何地址訊息。
2.6 new分配失敗時(shí)，返回什么？
1993年前，c++一直要求在內(nèi)存分配失敗時(shí)operator?? new要返回0，現(xiàn)在則是要求operator?? new拋出std::bad_alloc異常。很多c++程序是在編譯器開(kāi)始支持新規(guī)范前寫的。c++標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)不想放棄那些已有的遵循返回0規(guī)范的代碼，所以他們提供了另外形式的operator?? new(以及operator?? new[])以繼續(xù)提供返回0功能。這些形式被稱為“無(wú)拋出”，因?yàn)樗麄儧](méi)用過(guò)一個(gè)throw，而是在使用new的入口點(diǎn)采用了nothrow對(duì)象:?
class?? widget?? {?? ...?? };

widget?? *pw1?? =?? new?? widget;//?? 分配失敗拋出std::bad_alloc??

if?? (pw1?? ==?? 0)?? ... //?? 這個(gè)檢查一定失敗

widget?? *pw2?? =?? new?? (nothrow)?? widget;?? //?? 若分配失敗返回0

if?? (pw2?? ==?? 0)?? ... //?? 這個(gè)檢查可能會(huì)成功

3. malloc和new的區(qū)別

3.1 new 返回指定類型的指針，并且可以自動(dòng)計(jì)算所需要大小。
比如： 　　
1)?int *p; 　　
p = new int; //返回類型為int* 類型(整數(shù)型指針)，分配大小為 sizeof(int); 　　
或： 　　
int* parr; 　　
parr = new int [100]; //返回類型為 int* 類型(整數(shù)型指針)，分配大小為 sizeof(int) * 100; 　　

2)?而 malloc 則必須要由我們計(jì)算字節(jié)數(shù)，并且在返回后強(qiáng)行轉(zhuǎn)換為實(shí)際類型的指針。 　　
int* p; 　　
p = (int *) malloc (sizeof(int)*128);//分配128個(gè)（可根據(jù)實(shí)際需要替換該數(shù)值）整型存儲(chǔ)單元，并將這128個(gè)連續(xù)的整型存儲(chǔ)單元的首地址存儲(chǔ)到指針變量p中??
double *pd=(double *) malloc (sizeof(double)*12);//分配12個(gè)double型存儲(chǔ)單元，并將首地址存儲(chǔ)到指針變量pd中

3.2 malloc 只管分配內(nèi)存，并不能對(duì)所得的內(nèi)存進(jìn)行初始化，所以得到的一片新內(nèi)存中，其值將是隨機(jī)的。
除了分配及最后釋放的方法不一樣以外，通過(guò)malloc或new得到指針，在其它操作上保持一致。

4.有了malloc/free為什么還要new/delete？
1)?malloc與free是C++/C語(yǔ)言的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)，new/delete是C++的運(yùn)算符。它們都可用于申請(qǐng)動(dòng)態(tài)內(nèi)存和釋放內(nèi)存。

2)?對(duì)于非內(nèi)部數(shù)據(jù)類型的對(duì)象而言，光用maloc/free無(wú)法滿足動(dòng)態(tài)對(duì)象的要求。對(duì)象在創(chuàng)建的同時(shí)要自動(dòng)執(zhí)行構(gòu)造函數(shù)，對(duì)象在消亡之前要自動(dòng)執(zhí)行析構(gòu)函數(shù)。由于malloc/free是庫(kù)函數(shù)而不是運(yùn)算符，不在編譯器控制權(quán)限之內(nèi)，不能夠把執(zhí)行構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)的任務(wù)強(qiáng)加于malloc/free。

因此C++語(yǔ)言需要一個(gè)能完成動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配和初始化工作的運(yùn)算符new，以及一個(gè)能完成清理與釋放內(nèi)存工作的運(yùn)算符delete。注意new/delete不是庫(kù)函數(shù)。

我們不要企圖用malloc/free來(lái)完成動(dòng)態(tài)對(duì)象的內(nèi)存管理，應(yīng)該用new/delete。由于內(nèi)部數(shù)據(jù)類型的“對(duì)象”沒(méi)有構(gòu)造與析構(gòu)的過(guò)程，對(duì)它們而言malloc/free和new/delete是等價(jià)的。

3)?既然new/delete的功能完全覆蓋了malloc/free，為什么C++不把malloc/free淘汰出局呢？這是因?yàn)镃++程序經(jīng)常要調(diào)用C函數(shù)，而C程序只能用malloc/free管理動(dòng)態(tài)內(nèi)存。

如果用free釋放“new創(chuàng)建的動(dòng)態(tài)對(duì)象”，那么該對(duì)象因無(wú)法執(zhí)行析構(gòu)函數(shù)而可能導(dǎo)致程序出錯(cuò)。如果用delete釋放“malloc申請(qǐng)的動(dòng)態(tài)內(nèi)存”，結(jié)果也會(huì)導(dǎo)致程序出錯(cuò)，但是該程序的可讀性很差。所以new/delete必須配對(duì)使用，malloc/free也一樣。