新普京网站-澳门新普京 > 前端 > C++中new与malloc的10点区别

C++中new与malloc的10点区别

2019/12/30 04:15

前言

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。

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函数从堆上动态分配内存。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!定义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 * oparator new (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。

new与malloc的10点区别

2、返回类型安全性

new操作符内存分配成功后时,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访问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。

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 * operator new (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。

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,如果失败早就抛出异常了。正确的做法应该是使用异常机制:

try{
    int *a = new int();
}

catch(bad_alloc)
{
    ...
}

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。

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。

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。

class A{
    ...
};

A *ptr = new A;
A *ptr = (A *)malloc(sizeof(A));    //需要显式地制定所需内存大小sizeof(A)

3.内存分配失败时的返回值

new内存分配失败时,会抛出bac_澳门新普京 ,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
{   
    ...
}

实际上这样做新普京网站 ,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。

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:

1)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。

2)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。

3)第三步:对象构造完成后,返回一个指向该对象指针。

使用delete操作符来释放对象内存时,会经历两个步骤:

1)第一步:调用对象的析构函数。

2)第二步:编译器调用opetator 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。

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。

6、对数组的处理

C++提供了new[ ]与delete [ ]来专门处理数组类型

A *ptr = new A[10];//分配10个对象

使用new[ ]分配的内存必须使用delete [ ]进行释放:

delete [] ptr;

new对数组的支持体现在它会分别调用构造函数初始化每一个数组元素,释放对象时,为每个对象调用析构函数。注意delete [ ]要与new[ ]配套使用,不然会出现数组对象部分未被释放的现象,造成内存泄漏。

至于malloc,它并不知道你在这块内存上要放的是数组还是啥别的东西,反正它就给你一块原始的内存,再给你个内存的地址就完事。所以如果要动态分配一个数组的内存,还需要我们手动指定数组的大小:

int *ptr = (int*) malloc (sizeof(int) * 10);//分配一个10个int元素的数组

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:

class A
{
public:
    A() :a(1), b(1.11){}
private:
    int a;
    double b;
};
int main()
{
    A * ptr = (A*)malloc(sizeof(A));
    return 0;
}

在return处设置断点,观看ptr所指内存的内容:

新普京网站 1

可以看出A的默认构造函数并没有被调用,因为数据成员a,b的值并没有得到初始化,这也是上面我为什么说使用malloc/free来处理C++的自定义类型不合适,其实不止自定义类型,标准库中凡是需要构造/析构的类型通通不合适。

而使用new来分配对象时:

int main()
{
    A * ptr = new A;
}

查看程序生成的汇编代码可以发现,A的默认构造函数被调用了:

新普京网站 2

7、new与malloc是否可以相互调用

operator new /operator delete的实现可以基于malloc,而malloc的实现不可以去调用new。下面是编写operator new /operator delete的一种简单方式,其它版本也与之类似:

void *operator new (size_t size)
{
    if(void* mem = malloc(size))
        return mem;
    else
        throw bad_alloc();
}

void operator delete (void *mem) noexcept
{
    free(mem);
}

8、是否可以被重载

operator new /operator delete可以被重载。malloc/free不允许重载。

上一篇:没有了 下一篇:编程风格指南