C++, Free-Store vs Heap

Question

使用 new/delete 进行动态分配被称为在自由存储区上进行，而 malloc/free 操作则使用堆。

实际上是否存在区别？编译器是否区分这两个术语（自由存储区和堆，而不是new/malloc）？我想知道。

- Nick Dandoulakis

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在嵌入式系统上，可能会有区别。在大多数（所有？）个人电脑上，new/delete自由存储区是堆。 （在我的机器上，new/delete，new[]/delete[]和malloc/free有单独的堆。但它们都是堆。） - Eljay

Answer 1

对于C++来说，自由存储区（free store）和堆（heap）之间的区别已经变得纯粹是概念上的区别，就像收集虫子和饼干的罐子一样，它们被标记为不同的东西。这种标记旨在强调永远不要混合使用"new"和"delete"以及"malloc"、"realloc"或"free"（或位级设置）。

在面试中，可以说"new"和"delete"使用自由存储区，而"malloc"和"free"使用堆；"new"和"delete"分别调用构造函数和析构函数，而"malloc"和"free"则不会。然而，你经常会听到内存段实际上在同一个区域中，但这可能是与编译器有关的，也就是说，它们都可以将不同的内存空间指定为池（虽然不确定为什么会这样）。

- Kit10

Answer 2

参见http://www.gotw.ca/gotw/009.htm, 它比我能做得更好地描述了堆(heap)和自由存储区(free-store)之间的差异:

自由存储区:

自由存储区是通过new/delete分配/释放的两个动态内存区域之一。对象的生命周期可以少于分配存储器的时间，即自由存储区对象可以在未立即初始化的情况下分配内存，也可以在未立即释放内存的情况下被销毁。在存储器分配但对象生命期之外的时期，可以通过void *访问并操作该存储器，但无法访问proto-object的非静态成员或成员函数，也不能获取它们的地址或进行其他操作。

堆:

堆是另一个动态内存区域，通过malloc/free及其变体进行分配/释放。请注意，虽然特定编译器中默认全局的new和delete可能是基于malloc和free实现的，但堆不同于自由存储区，从一个区域分配的内存不能安全地在另一个区域释放。从堆中分配的内存可以通过placement new构造函数和显式析构用于类类型对象。如果这样使用，则关于自由存储区对象生命期的注释同样适用于此处。

- Michael Koval

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我不同意。在动态分配的背景下，“heap”一词既不被C++标准使用，也不被C99使用（我没有C++所参考的C89版本，如果它使用这个单词，请随意纠正我）。我找不到相关的GotW文章发布日期，但由于它提到了草案，显然是标准之前的文章。 - avakar

在我看来，这只是术语问题。例如，Stroustrup先生不区分“堆”和“自由存储”：http://www.stroustrup.com/Programming/17_free_store.ppt，第12页。在C++之前很久，“堆”一词就被用作动态内存的同义词，自Lisp时代（1960年代）就开始使用堆数据结构进行内存分配。 - Spock77

我通常认为堆（通过maloc/free）是一种“原材料”供应商。你请求一块内存，你得到它没有花哨的东西。你必须自己构建任何结构。自由存储器（new/delete）更像是一个“成品”供应商。你请求一个对象，它被分配一些空间，并且该对象被建立和准备好供你使用。当它完成后，它会被很好地清理干净。 - Anshuman Kumar

Answer 3

Mike Koval的回答很好地涵盖了理论方面。但实际上，在大多数情况下，它们几乎总是指内存的同一区域 - 大多数情况下，如果你深入挖掘编译器实现new，你会发现它调用了malloc()。

换句话说：从机器的角度来看，堆和自由存储区域是相同的东西。这个区别存在于编译器中。

更让人困惑的是，在C++出现之前，我们所说的“堆”是现在被称为“自由存储区域”的意思。

- Crashworks

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调用 new + delete 相当于调用 new + 析构函数 + free 吗？ - joepol

这是未定义行为，因为标准没有说明new和malloc()是否从同一堆中获取。实际上，大多数new的实现只是在底层调用malloc()。但你不能指望这样。 - Crashworks

Answer 4

术语“堆”也可能指特定的数据结构，但在C++的malloc、free、new和delete操作中，“堆”和“自由存储区”这两个术语几乎可以互换使用。

- Jim Lewis

Answer 5

Free Store是一个程序可以用来在执行过程中动态分配内存的未分配堆内存池。 每个程序都提供了一组未分配的堆内存池，程序可以在执行期间利用它们。 这组可用内存池被称为程序的free store。 分配给free store的内存是无名的。

- Sudipto

Answer 6

堆和自由存储区不应该互通。 在一些受限制的环境下，例如在带有C++11标准库的AVR 8位微控制器中，它们甚至不能在同一个程序中使用。自由存储区和堆在同一内存空间中进行分配，会相互覆盖结构和数据。 在这种情况下，自由存储区与堆不同且不兼容，因为“new/delete free store library”比“Malloc/free/realloc/calloc heap library”更简单（而且更快），因此可以为C++嵌入式程序员提供巨大的内存使用优势（在只有512字节RAM的情况下）。

请参阅8位C++11/14标准库：https://github.com/ambroise-leclerc/ETL/tree/master/libstd

- Ambroise Leclerc

Answer 7

我不记得标准文件中曾经提到过“堆”这个词，除了在描述像push_heap等堆函数时。所有动态分配都是在自由存储区（free-store）上执行的。

- avakar