C++学习之new与delete、malloc与free

在C/C++的面试时，对于new/delete和malloc/free这两对的使用和区别经常被考查到，如果这种基础的问题都答不上来，估计很难过面试了。这篇文章仅仅是浅显的讲一下，仅供参考。

一、new和delete

new和delete是C++的运算符，用于动态分配内存和释放内存。

new表达式

标准库定义了operator new函数的几个重载版本，没有使用noexcept说明的版本在内存分配失败时可能会抛出bad_alloc异常，而使用了的不会抛出异常。

void* operator new  ( size_t );
void* operator new[]( size_t );
void* operator new  ( size_t , const nothrow_t& ) noexcept;
void* operator new[]( size_t , const nothrow_t& ) noexcept;

当我们使用new表达式时，实际执行了三步操作：

new表达式调用上面的operator new（或者operator new[]）的标准库函数，函数分配一块足够大的、原始的、未命名的内存空间以便存储特定类型的对象（或者对象的数组）。
编译器运行相应的构造函数以构造这些对象，并为其传入初始值。
对象被分配了空间并构造完成，返回一个指向该对象的指针。

对于operator new函数或者operator new[]函数来说，它的返回类型必须是void*，第一个形参的类型必须是size_t且该形参不能含有默认实参。当编译器调用operator new或者operator new[]函数时，会把存储指定对象或者指定对象的数组所需的字节数传给size_t形参。

delete表达式

标准库也定义了operator delete函数的几个重载版本，noexcept说明符表示在内存分配失败时返回空指针而不是抛出bad_alloc异常。

void operator delete  ( void* ) noexcept;
void operator delete[]( void* ) noexcept;
void operator delete  ( void* , const nothrow_t& ) noexcept;
void operator delete[]( void* , const nothrow_t& ) noexcept;

当我们使用delete表达式时，实际执行了两步操作：

对指针所指的对象或者所指的数组中的元素执行对应的析构函数。
编译器调用operator delete（或者operator delete[]）的标准库函数释放内存空间。

对于operator delete函数或者operator delete[]函数来说，它们的返回类型必须是void，第一个形参的类型必须是void*。执行一条delete表达式将调用相应的operator函数，并用指向待释放内存的指针来初始化void*形参。

二、malloc和free

malloc和free是C/C++中的标准库函数，也是用于申请动态内存和释放内存。

void* malloc( size_t size );
void  free( void* ptr );

malloc函数接受一个表示待分配字节数的size_t，返回指向分配空间的指针；如果分配失败，则返回空指针。free函数接受一个void*，它是malloc返回的指针的副本，free将相关内存返还给系统。注意：malloc函数并不会调用构造函数来初始化内存，free函数也不会自动调用析构函数。

三、new和malloc、delete和free的区别

int *p1 = new int;     // 没有初始化列表， 所以没有初始化
int *p2 = new int();   // 空初始化列表， 执行zero初始化,  所以初始化为0
int *p3 = new int(3);  // 非空初始化列表， 执行值初始化， 所以初始化为3
// 注：对于没有构造函数的内置类型，new会不会初始化在于有没有初始列表（空列表“()”也算）
int *p4 = new int[100];     // 分配大小为sizeof(int)*100;
 
int *p5 = (int*)malloc(sizeof(int)*128);
double *p6 = (double*)malloc(sizeof(double)*12);

new和malloc的区别：

new是一个运算符，malloc()是一个库函数。
new会调用构造函数，而malloc()不会。
new返回指定类型的指针，而malloc()返回void*。
new会自动计算需要分配的空间，而malloc()需要手工计算字节数。
new可以被重载，而malloc()不能。

delete p1;
delete [] p2;
free(p3);
free(p4);

delete和free的区别：

delete是一个运算符，free()是一个库函数。
delete会调用析构函数，而free()不会。
delete可以被重载，而free()不能。

总结：

malloc和free是C/C++中的标准库函数，new和delete是C++的运算符。对于非内置数据类型的对象而言，光用maloc/free 无法满足动态对象的要求。对象在创建的同时要自动执行构造函数，对象消亡之前要自动执行析构函数。由于malloc/free 是库函数而不是运算符，不在编译器控制权限之内，不能够把执行构造函数和析构函数的任务强加malloc/free。