0 目录

• 1 new和delete的用法
• 2 new和delete深入理解
  • 2.1 operator new 和 operator delete
  • 2.2 new和delete背后机制
  • 2.3 如何申请和释放一个数组
• 3 malloc和free的用法
• 4 new和malloc的区别

---

1 new和delete的用法

如下几行代码：

int *pi = new int;
int *pi = new int();
int *pi = new int(1024);

1. 第一行代码就是动态生成了存储一个整型对象的空间，并把该空间的地址赋给整形指针pi；
2. 第二行和第一行一样，只是将分配的存储空间的内容初始化为0；
3. 第三行初始化为1024；

动态创建的对象必须在用完之后，必须再释放掉，避免造成内存泄漏。使用delete函数完成。new和delete是一对。

delete pi；

此时，虽然pi所指向的地址里的内容虽然被释放，但是其所存放的地址还在。为了保险起见，可以在释放对象后，立即将其指针设置为NULL，清楚地表明不再指向任何对象。

pi = NULL；

C++允许动态创建const对象：

const int  *pi = new const int(1024);

动态创建的const对象必须进行初始化，并且初始化后的值不能再被改变。

当创建一个动态数组对象和进行内存释放时，执行以下语句：

int *pi = new int[];        // 指针pi所指向的数组未初始化
int *pi = new int[n];       // 指针pi指向长度为n的数组，未初始化
int *pi = new int[]();      // 指针pi所指向的地址初始化为0
delete[] pi;                // 回收pi所指向的数组

到这儿，不免会有疑问，new和delete到底是什么？操作符还是函数？

2 new和delete深入理解

2.1 概念理解

首先，operator new 与 new operator是不同的概念。operator new和 operator delete其实是C++ 语言标准库的库函数， 原型分别如下：

void *operator new(size_t);         // 分配一个对象
void *operator delete(void *);      // 释放一个对象

void *operator new[](size_t);       // 分配一个数组
void *operator delete[](void *);    // 释放一个数组

前面两个均是C++标准库函数，你可能会觉得这是函数吗？请不要怀疑，这就是函数！这两个函数和malloc 和 free 函数有点像了，都是用来申请和释放内存的，并且 operator new申请内存之后不对内存进行初始化，直接返回申请内存的指针。

2.2 new和delete背后机制

知道上面两个函数之后，我们用一个实例来解释 new 和 delete 背后的机制。 我们不用简单的 C++ 内置类型来举例， 使用复杂一点的类类型，定义一个类 A：

class A
{
public:
    A(int v) : var(v)
    {
        fopen_s(&file, "test", "r");
    }
    ~A()
    {
        fclose(file);
    }

private:
    int     var;
    FILE    *file;
};

很简单，类 A 中有两个私有成员，有一个构造函数和一个析构函数，构造函数中初始化私有变量 var 以及打开一个文件， 析构函数关闭打开的文件。

我们使用

class A *pA = new A(10);

来创建一个类的对象，返回其指针 pA。如下图所示 new 背后完成的工作：

new_delete_1.jpg" alt="new_delete_1" />

简单总结一下：

1. 首先, 需要调用上面提到的 operator new 标准库函数，传入的参数为class A 的大小，这里为 8 个字节，至于为什么是 8 个字节，你可以看看《深入C++对象模型》一书，这里不做多解释。这样函数返回的是分配内存的起始地址，这里假设是 0x007da290。

2. 上面分配的内存是未初始化的， 也是未类型化的， 第二步就在这一块原始的内存上对类对象进行初始化， 调用的是相应的构造函数， 这里是调用 A:A(10); 这个函数，从图中也可以看到对这块申请的内存进行了初始化，var=10, file 指向打开的文件。

3. 最后一步就是返回新分配并构造好的对象的指针，这里 pA 就指向 0x007da290 这块内存，pA 的类型为类 A 对象的指针。

所有这三步，你都可以通过反汇编找到相应的汇编代码，在这里我就不列出了。

好了，那么 delete 都干了什么呢？还是接着上面的例子，如果这时想释放掉申请的类的对象怎么办？当然我们可以使用下面的语句来完成：

delete pA;

delete 所做的事情如下图所示：

new_delete_2.jpg" alt="new_delete_2" />

delete 就做了两件事情：

1. 调用 pA 指向对象的析构函数，对打开的文件进行关闭。

2. 通过上面提到的标准库函数 operator delete 来释放该对象的内存，传入函数的参数为 pA 的值，也就是 0x007d290。

好了，解释完了 new 和 delete 背后所做的事情了，是不是觉得也很简单？不就多了一个构造函数和析构函数的调用嘛。

2.3 如何申请和释放一个数组

我们经常要用到动态分配一个数组，也许是这样的：

string *psa = new string[10];       // 10个字符串类型的元素的数组
int *pia = new int[10];             // 10个整形元素的数组，未初始化

上面在申请一个数组时都用到了 new[] 这个表达式来完成，按照我们上面讲到的 new 和 delete 知识，第一个数组是 string 类型，分配了保存对象的内存空间之后，将调用 string 类型的默认构造函数依次初始化数组中每个元素； 第二个是申请具有内置类型的数组， 分配了存储 10 个 int 对象的内存空间，但并没有初始化。

如果我们想释放空间了，可以用下面两条语句：

delete [] psa;
delete [] pia;

都用到 delete[] 表达式，注意这地方的 [] 一般情况下不能漏掉！我们也可以想象这两个语句分别干了什么：第一个对 10 个 string 对象分别调用析构函数，然后再释放掉为对象分配的所有内存空间；第二个因为是内置类型不存在析构函数，直接释放为 10 个 int 型分配的所有内存空间。

这里对于第一种情况就有一个问题了：我们如何知道 psa 指向对象的数组的大小？怎么知道调用几次析构函数？

这个问题直接导致我们需要在 new [] 一个对象数组时，需要保存数组的维度，C++ 的做法是在分配数组空间时多分配了 4 个字节的大小， 专门保存数组的大小， 在 delete [] 时就可以取出这个保存的数，就知道了需要调用析构函数多少次了。

还是用图来说明比较清楚，我们定义了一个类 A，但不具体描述类的内容，这个类中有显示的构造函数、析构函数等。那么 当我们调用

class A *pAa = new A[3];

时需要做的事情如下：

new_delete_3.jpg" alt="new_delete_3" />

从这个图中我们可以看到申请时在数组对象的上面还多分配了 4 个字节用来保存数组的大小， 但是最终返回的是对象数组的指针， 而不是所有分配空间的起始地址。

这样的话，释放就很简单了：

delete [] pAa;

new_delete_4.jpg" alt="new_delete_4" />

这里要注意的两点是：

1. 调用析构函数的次数是从数组对象指针前面的 4 个字节中取出；
2. 传入 operator delete[] 函数的参数不是数组对象的指针 pAa，而是 pAa 的值减 4。

2.4 为什么 new/delete 、new []/delete[] 要配对使用？

其实说了这么多，还没到我写这篇文章的最原始意图。从上面解释的你应该懂了new/delete、new[]/delete[] 的工作原理了， 因为它们之间有差别， 所以需要配对使用。但偏偏问题不是这么简单，这也是我遇到的问题，如下这段代码：

int *pia = new int[10];
delete []pia;

这肯定是没问题的，但如果把 delete []pia; 换成 delete pia; 的话，会出问题吗？

这就涉及到上面一节没提到的问题了。上面我提到了在 new [] 时多分配 4 个字节的缘由， 因为析构时需要知道数组的大小 ，但如果不调用析构函数呢（如内置类型，这里的 int 数组）？我们在 new [] 时就没必要多分配那 4 个字节， delete [] 时直接到第二步释放为 int 数组分配的空间。如果这里使用 delete pia;那么将会调用 operator delete 函数， 传入的参数是分配给数组的起始地址，所做的事情就是释放掉这块内存空间。不存在问题的。

这里说的使用 new [] 用 delete 来释放对象的提前是：对象的类型是内置类型或者是无自定义的析构函数的类类型！

我们看看如果是带有自定义析构函数的类类型，用 new [] 来创建类对象数组，而用 delete 来释放会发生什么？用上面的例子来说明：

class A *pAa = new class A[3];
delete pAa;

那么 delete pAa; 做了两件事：

1. 调用一次 pAa 指向的对象的析构函数；
2. 调用 operator delete(pAa); 释放内存。

显然，这里只对数组的第一个类对象调用了析构函数，后面的两个对象均没调用析构函数，如果类对象中申请了大量的内存需要在析构函数中释放，而你却在销毁数组对象时少调用了析构函数，这会造成内存泄漏。

上面的问题你如果说没关系的话，那么第二点就是致命的了！直接释放 pAa 指向的内存空间， 这个总是会造成严重的段错误，程序必然会奔溃！因为分配的空间的起始地址是 pAa 指向的地方减去 4 个字节的地方。你应该传入参数设为那个地址！

同理，你可以分析如果使用 new 来分配，用 delete [] 来释放会出现什么问题？是不是总会导致程序错误？

总的来说，记住一点即可：new/delete、new[]/delete[] 要配套使用总是没错的！

3 malloc和free的用法

两个函数的原型如下，他们都在头文件stdlib.h中声明。

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

示例代码如下：

int *p = (int *)malloc(100);            //指向整型的指针p指向一个大小为100字节的内存的地址
int *p = (int *)malloc(25*sizeof(int)); //指向整型的指针p指向一个25个int整型空间的地址

因为malloc()函数的返回值类型为void *，所以需要在函数前面进行相应的强制类型转换。当int占4个字节内存时，上述的两个语句代码获得的内存空间大小是相同的。分配内存后必须验证内存是否分配成功，完成后用free()释放内存，完整语句如下。

int *p=(int *)malloc(int);
if(pi==NULL)
    printf("Out of memory!\n");
free (p);

另外还有两个分配内存的函数：calloc和realloc，他们的原型如下：

void *calloc(size_t num_elements,size_t element_size);
void realloc(void *tr , size_t new_size);

malloc和calloc间的主要区别在于, 后者在返回指向内存的指针之前把它初始化为0。 另一个区别是calloc的参数包括所需的元素的数量和每个元素的字节数。

realloc函数用于修改一个原先已经分配的内存块的大小。可以使一块内存扩大或缩小，如果扩大内存，则原来的内存块保持不变，在内存尾部增加新的内存块，切不进行初始化。如果缩小内存，则原来内存块从尾部进行删减。如果原先的内存块无法扩充，则新开辟一块内存，并复制原先的内存的内容，原先内存块失效无法再进行访问。

4 new和malloc的区别

1. 属性

   new/delete是C++关键字，需要编译器支持。malloc/free是库函数，需要头文件支持c。

2. 参数

   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则需要显式地指出内存的大小。

3. 返回类型

   new申请内存分配成功时，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。

4. 分配失败

   new内存分配失败时，会抛出bac_alloc异常。malloc分配内存失败时返回NULL。

5. 自定义类型

   new会先调用operator new函数，申请足够的内存（通常底层使用malloc实现）。 然后调用类型的构造函数， 初始化成员变量， 最后返回自定义类型指针。delete先调用析构函数，然后调用operator delete函数释放内存（通常底层使用free实现）。

   malloc/free是库函数，只能动态地申请和释放内存，无法强制要求其做自定义类型对象构造和析构工作。

6. 重载

   C++允许重载new/delete操作符，特别的，placement new的就不需要为对象分配内存，而是指定了一个地址作为内存起始区域，new在这段内存上为对象调用构造函数完成初始化工作，并返回此地址。而malloc不允许重载。

7. 内存区域

   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。自由存储区不等于堆，如上所述，布局new就可以不位于堆中。

PS:

在C++中，内存区分为5个区，分别是堆、栈、自由存储区、全局/静态存储区、常量存储区；

在C中，C内存区分为堆、栈、全局/静态存储区、常量存储区；

new缺省的实现方式本质上是通过malloc的，这个时候，C++的自由存储区的概念和C的堆的概念是没有区别的， 但是, 如果我们通过重载operator new的方式把内存分配在一些全局变量上，那么这些内存就不属于堆区了，而是在data segment。也就是说，C++的自由存储区可以包括堆区，也可以包括其他区域。