new和malloc的区别

[TOC]

1. 申请内存所在的位置

   new操作符是从自由存储区(free store)上为对象动态分配内存空间，而malloc函数是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进行内存申请，该内存即为自由存储区。而堆是操作系统的术语，是操作系统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。

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   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。

1. 返回类型的安全性

   new操作符内存分配成功时，返回的是对象类型的指针，类型与对象严格匹配，无须进行类型转换，所以new是符合类型安全性的操作符。而malloc内存分配成功时则返回void*，需要通过强制类型转换将void*转换成我们需要的类型。

2. 内存分配失败时的返回值

   malloc分配内存失败时会返回Null，C语言里，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 
   {
       ...
   }
   

   而new内存分配失败时会抛出bac_alloc异常：

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

1. 是否需要指定内存大小

   new操作符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需要显示的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);
   

1. 是否调用了构造函数/析构函数

   使用new操作符来分配对象内存的时候会经历三个步骤

   • 调用operator new函数（对于数组时operator new[]）分配一块足够大的，原始的，未命名的内存空间便存储特定类型的对象
   • 编译器运行相应的构造函数以构造对象，并传入初值
   • 对象构造完成后，返回一个指向该对象的指针

   使用delete删除来释放对象内存时会经历两个步骤

   • 调用对象的析构函数
   • 编译器调用operator delete（或者operator delete[]）函数释放内存空间

2. 对数组的处理

   C++提供了new[]和delete[]来专门处理数组类型：

   A * ptr = new A[10];//分配10个A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[]和new[]配套使用。

   malloc只是分配一块内存而已

3. 可以用malloc来实现简单的operator new

   void * operator new (sieze_t size)
   {
       if(void * mem = malloc(size)
           return mem;
       else
           throw bad_alloc();
   }
   void operator delete(void *mem) noexcept
   {
       free(mem);
   }
   

4. 是否可以重载

   operator new/ operator delete可以重载，标准库定义了operator new 和 operator delete函数的8个重载版本

   //这些版本可能抛出异常
   void * operator new(size_t);
   void * operator new[](size_t);
   void * operator delete (void * )noexcept;
   void * operator delete[](void *0）noexcept;
   //这些版本承诺不抛出异常
   void * operator new(size_t ,nothrow_t&) noexcept;
   void * operator new[](size_t, nothrow_t& );
   void * operator delete (void *,nothrow_t& )noexcept;
   void * operator delete[](void *0,nothrow_t& ）noexcept;
   

   malloc和free无法重载

5. 能否直观的重新分配内存

   使用malloc分配的内存后，如果在使用过程中发现内存不足，可以使用realloc函数进行内存重新分配实现内存的扩充。realloc先判断当前的指针所指内存是否有足够的连续空间，如果有，原地扩大可分配的内存地址，并且返回原来的地址指针；如果空间不够，先按照新指定的大小分配空间，将原有数据从头到尾拷贝到新分配的内存区域，而后释放原来的内存区域。

   new没有这样直观的配套设施来扩充内存。

6. 内存不足时的处理

   在operator new抛出异常以反映一个未获得满足的需求之前，它会先调用一个用户指定的错误处理函数，这就是new-handler。new_handler是一个指针类型：

   namespace std
   {
       typedef void (*new_handler)();
   }
   

   指向了一个没有参数没有返回值的函数,即为错误处理函数。为了指定错误处理函数，客户需要调用set_new_handler，这是一个声明于的一个标准库函数:

   namespace std
   {
       new_handler set_new_handler(new_handler p ) throw();
   }
   

   set_new_handler的参数为new_handler指针，指向了operator new 无法分配足够内存时该调用的函数。其返回值也是个指针，指向set_new_handler被调用前正在执行（但马上就要发生替换）的那个new_handler函数。

   对于malloc，客户并不能够去编程决定内存不足以分配时要干什么事，只能看着malloc返回NULL。

总结