为什么我们有new/delete，还需要使用malloc/free？

Question

在C++中有new和delete，那么malloc和free的用途是什么呢？我猜两者的作用是相同的。

- Parag

Answer 1

它们不同。 new 调用构造函数，malloc 只分配内存。

此外，混合使用两者（即使用 new 和 free 以及使用 malloc 和 delete）是 未定义行为。

在 C++ 中，应该使用 new 和 delete，malloc 和 free 是为了与 C 兼容而存在的。

- Luchian Grigore

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好的。但它们都用于内存管理。那么什么时候使用new，什么时候使用malloc呢？ - Parag

“在C++中，你应该使用new和delete”这句话难道没有回答这个问题吗？不要使用malloc/free。 - user743382

@hvd：那不是正确的建议。你只使用C++中的new和delete的理由并不完全正确（特别是在Nicol回复你的评论后）。 - Alok Save

@Als Nicol的回复是不使用new char[]的可能原因，但没有理由不使用我在他回复的评论中提到的::operator new。仍然没有必要使用malloc。 - user743382

Answer 2

在C++中，很少有人会使用malloc和free来代替new和delete。一个可以想到的场景是：如果你不想通过隐式构造函数调用来初始化内存，并且只需要为放置new确保内存分配，那么使用malloc和free而不是new和delete是完全可以的。

另一方面，重要的是要知道malloc和new是不同的！两个重要的区别是：

• new保证调用类的构造函数来初始化类成员，而malloc则不会。在malloc之后，必须进行额外的memset或相关函数调用来初始化分配的内存以执行有意义的操作。

• 一个巨大的优势是，在new中，你不需要在每次分配之后检查NULL，只需封装异常处理程序即可完成工作，这样可以节省冗余的错误检查，而malloc则需要。

- Alok Save

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@hvd：new char[] 有一些（非常小的）开销。也就是说，它会在内存块中存储分配的字符数。 - Nicol Bolas

@NicolBolas: free 函数如何知道要释放多少内存？malloc 函数会保存分配的字节数。 - MSalters

@MSalters 或类似的方式可以找到内存中的以下块。一般来说，像new MyClass []这样的语法必须存储确切的计数，以便调用正确数量的解构函数，因为否则无法推导出这些信息。 new char []也可能会这样做（出于正交性的原因 - 它不需要计数）; 我所知道的那些没有这样做。 - James Kanze

malloc()和::operator new()之间的一个重要区别是，你可以合法地替换::operator new()函数，而malloc()保证在其实现中不会使用::operator new()函数，因此你可以在operator new()的重载中使用malloc()函数。(形式上，malloc()和free()是唯一拥有这种保证的函数。在我的::operator new()的实现中，我倾向于假设像memset和memcpy这样的函数也不会调用::operator new()。) - James Kanze

@MSalters 是的。标准实际上保证了new char[N]对于所有可能的类型都正确对齐（因此，new char[N]的返回值的对齐要求大于new int[N]的对齐要求）。然而，从可读性的角度来看，当目标是获取原始内存时，我更喜欢看到使用::operator new(N)。 - James Kanze

Answer 3

首先，当您提到new和delete时，我假设您指的是表达式，而不是operator new和operator delete函数。 new和delete表达式与malloc和free无关，仅偶尔管理内存；它们的主要作用是管理对象生命周期：一个new表达式将调用operator new函数获取内存，然后调用构造函数；一个delete表达式将在调用operator delete释放内存之前调用析构函数。大多数情况下，应该创建对象，而不仅仅是分配内存，这意味着只使用表达式。

有一些罕见情况需要分离分配和初始化（创建）；实现像std::vector这样的东西是一个经典示例，其中你会一次为许多对象分配空间，但一次只构造一个。在这种情况下，您将使用operator new函数进行分配，并使用放置new进行初始化；在另一端，您将显式调用构造函数（类似p->~T()）进行销毁，并使用operator delete函数释放内存。

我只能想到两种情况需要在C++中使用malloc和free。第一种是实现自己的替代::operator new和::operator delete函数。（我经常用调试版本替换全局::operator new和::operator delete，以跟踪分配、在分配的内存周围放置守卫区等）另一种情况是与用C编写的遗留库交互：如果库说要传递由malloc分配的内存的指针（因为它将使用free自行释放），或更常见的是返回由malloc分配的内存的指针，您需要释放，则必须使用malloc和free。（更好的库将提供其自己的分配和释放函数，这些函数几乎与new和delete运算符所做的相同，但总会有像strdup()这样的东西。）

- James Kanze

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对于那些对答案中提到的第一个用途感兴趣的人，如何编写符合ISO C++标准的自定义new和delete运算符？ 是一篇不错的阅读材料。 - Alok Save

@Als 为了100%的一致性，您可以使用语言malloc和free，以及其他任何内容。实际上，有很多函数根本不会分配内存（例如memset）；我认为它们也是安全的。实际上，您可能可以放心使用整个C库，但我的调试实现会检查递归，并且如果正在递归调用::operator new，则不会使用超过一个malloc、memset和memcpy（因此，如果fprintf确实使用::operator new，我就不会遇到无限递归）。 - James Kanze