细说new与malloc的10点区别

几个星期前去面试C++研发的实习岗位,面试官问了个问题:

new与malloc有什么区别?

这是个老生常谈的问题。当时我回答new从自由存储区上分配内存,malloc从堆上分配内存;new/delete会调用构造函数/析构函数对对象进行初始化与销毁;operator new/delete可以进行重载;然后强行分析了一下自由存储区与堆的区别。回来后感觉这个问题其实回答得不怎么好,因为关于new与malloc的区别实际上很多。面试期间刚好是刚期末考完,之后是几个课设没时间去整理。今天花了点时间整理下这个问题。

new与malloc的10点区别 1. 申请的内存所在位置

new操作符从自由存储区(free store)上为对象动态分配内存空间,而malloc函数从上动态分配内存。自由存储区是C++基于new操作符的一个抽象概念,凡是通过new操作符进行内存申请,该内存即为自由存储区。而堆是操作系统中的术语,是操作系统所维护的一块特殊内存,用于程序的内存动态分配,C语言使用malloc从堆上分配内存,使用free释放已分配的对应内存。

那么自由存储区是否能够是堆(问题等价于new是否能在堆上动态分配内存),这取决于operator new 的实现细节。自由存储区不仅可以是堆,还可以是静态存储区,这都看operator new在哪里为对象分配内存。

特别的,new甚至可以不为对象分配内存!定位new的功能可以办到这一点:

new (place_address) type

place_address为一个指针,代表一块内存的地址。当使用上面这种仅以一个地址调用new操作符时,new操作符调用特殊的operator new,也就是下面这个版本:

void * operatornew (size_t,void *) //不允许重定义这个版本的operator new

这个operator new不分配任何的内存,它只是简单地返回指针实参,然后右new表达式负责在place_address指定的地址进行对象的初始化工作。

2.返回类型安全性

new操作符内存分配成功时,返回的是对象类型的指针,类型严格与对象匹配,无须进行类型转换,故new是符合类型安全性的操作符。而malloc内存分配成功则是返回void * ,需要通过强制类型转换将void*指针转换成我们需要的类型。
类型安全很大程度上可以等价于内存安全,类型安全的代码不会试图方法自己没被授权的内存区域。关于C++的类型安全性可说的又有很多了。

3.内存分配失败时的返回值

new内存分配失败时,会抛出bac_alloc异常,它不会返回NULL;malloc分配内存失败时返回NULL。
在使用C语言时,我们习惯在malloc分配内存后判断分配是否成功:

int *a = (int *)malloc ( sizeof (int )); if(NULL == a) { ... } else { ... }

从C语言走入C++阵营的新手可能会把这个习惯带入C++:

int * a = new int(); if(NULL == a) { ... } else { ... }

实际上这样做一点意义也没有,因为new根本不会返回NULL,而且程序能够执行到if语句已经说明内存分配成功了,如果失败早就抛异常了。正确的做法应该是使用异常机制:

try { int *a = new int(); } catch (bad_alloc) { ... }

如果你想顺便了解下异常基础,可以看  C++ 异常机制分析。

4.是否需要指定内存大小

使用new操作符申请内存分配时无须指定内存块的大小,编译器会根据类型信息自行计算,而malloc则需要显式地指出所需内存的尺寸。

class A{...} A * ptr = new A; A * ptr = (A *)malloc(sizeof(A)); //需要显式指定所需内存大小sizeof(A);

当然了,我这里使用malloc来为我们自定义类型分配内存是不怎么合适的,请看下一条。

5.是否调用构造函数/析构函数

使用new操作符来分配对象内存时会经历三个步骤:

第一步:调用operator new 函数(对于数组是operator new[])分配一块足够大的,原始的,未命名的内存空间以便存储特定类型的对象。

第二步:编译器运行相应的构造函数以构造对象,并为其传入初值。

第三部:对象构造完成后,返回一个指向该对象的指针。

使用delete操作符来释放对象内存时会经历两个步骤:

第一步:调用对象的析构函数。

第二步:编译器调用operator delete(或operator delete[])函数释放内存空间。

总之来说,new/delete会调用对象的构造函数/析构函数以完成对象的构造/析构。而malloc则不会。如果你不嫌啰嗦可以看下我的例子:

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