malloc()、free()和new、delete

1、malloc ()函数

全称是memory allocation，动态分配内存。

头文件：#include <malloc.h> 

函数原型：extern void *malloc ( unsigned int num_bytes );

功能：向系统申请分配指定size字节的内存空间。

返回值：返回类型void* ，表示未确定类型的指针。C/C++规定，void * 类型可以强制转换为任何其它类型的指针。

free() 函数：

函数原型：void ＊ free (void * FirstByte);

功能：将之前用malloc()分配的空间还给程序或是操作系统，也就是释放了这块内存。

常见问题：

1）申请了内存空间后，必须检查是否分配成功。

2）当不需要再使用申请的内存时，记的释放；释放后应该把指向这块内存的指针指向NULL，防止程序后面不小心使用了它。

3）malloc() 和 free() 这两个函数应该是配对的。如果申请后不释放就是内存泄漏。释放只能有一次，如果释放两次及两次以上会出现错误（释放空指针例外，释放空指针相当于啥也没做，所以释放多少次都没问题）

4）malloc() 到底从哪里获得空间？

答：从堆里获得空间。也就是说函数返回的指针是指向堆里面的一块内存。操作系统中有一块纪录空闲内存地址的链表。当操作系统收到程序的申请时，会遍历该链表，然后就寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点，然后将该结点从空闲结点链表中删除，并将该结点的空间分配给程序。

2、new运算符

2.1 new运算符概念

功能：在C++中，用new和delete动态创建和释放数组或单个对象。

new 返回指向该新创建对象的指针，并且可以自动计算所需要大小，例如

int * p = new int;

int []p = new int[10];

这个new表达式在堆中分配创建了一个整型对象，并返回此对象的地址，并用该地址初始化指针p。

2.2 动态创建对象的初始化

动态创建的对象可以使用初始化变量的方式初始化，例如：

int * p = new int(100);//指针p所指向的对象初始化为100
string *ps = new string(10, '9'); //*ps初始化为“9999999999”

如果不提供显示初始化，对于类类型，则调用该类的默认构造函数初始化，而内置类型的对象则无初始化，例如：

int *p = new int();  //初始化为0
int *p = new int;  //p指向一个没有初始化的int
string *ps = new string(); //初始化为空字符串

2.3 撤销动态创建的对象

delete表达式释放指针指向的地址空间。

delete p;  //释放单个对象
delete [ ]p; //释放数组

⚠️：new和delete是配对使用的，如果指针指向的不是new分配的内存地址，则使用delete是不合法的。

2.4 在delete之后，重设指针的值

delete p;  //执行完该语句之后，p变成了不确定的指针，在很多机器上，尽管p值没有明确定义，但仍然存放了它之前所指对象的地址，然后p所指向的内存已经被释放了，所以p不再有效。此时，该指针变成了悬垂指针（悬垂指针指向曾经存放对象的内存，但该对象已经不存在了）。悬垂指针往往导致程序错误，而且很难检测出来。

一旦删除了指针所指的对象，立即将指针置为0，这样就非常清楚的指明指针不再指向任何对象。（零值指针：int * p = 0; ）

2.5 区分零指针和NULL指针

零值指针：指值为0的指针，可以是任何一种指针类型，可以是任何一种指针类型。

空指针：其实空指针只是一种编程概念，就如一个容器可能有空和非空两种基本状态。

2.6 new内存分配失败时，返回什么？

抛出 std :: bad_alloc 异常。

3、malloc () 和 new 的区别

3.1 new是运算符，返回指定类型的指针，并且可以自动计算所需要的大小。而 malloc()是C/C++标准库函数 则必须要由我们计算字节数，并且在返回后强制转换为实际类型的指针。例如：

int *p = new int; //返回类型为int*类型（指针），分配大小为 sizeof(int)
int *p = new int [100]; //返回类型为int*类型（指针），分配大小为 sizeof(int)*100

int *p = (int *) malloc(sizeof(int)*128); //分配128个整型存储单元，并将这128个连续的整型存储单元的首地址
double *pd = (double *) malloc (sizeof(double) * 12); //分配12个double型存储单元，并将首地址存储到指针变量pd中

3.2 malloc 只管分配内存，并不能对所得的内存进行初始化，所以得到的一片新内存中，其值将是随机的。

除了分配以及最后释放的方法不一样外，通过malloc或new得到的指针，在其他操作上保持一致。

3.3 有了malloc()/free() 为什么还要new/delete？

1）malloc() 和 free() 是C/C++语言库函数, new/delete是C++的运算符。它们都可用于申请动态内存和释放内存。

2）对于非内部数据类型的对象而言，只用malloc()和 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，对象在消亡之前要自动执行析构函数。由于malloc()/free()是库函数，不在编译器控制器控制范围之内，不能够把执行构造函数和析构函数的任务加于malloc()/free()。所以我们要用new/delete完成动态对象的内存管理。如果用free()释放new创建的对象，那么该对象因无法执行析构函数而可能导致程序出错。

既然new/delete的功能完全覆盖了malloc()/free()，那么为什么不把malloc()/free()淘汰出局呢？因为C++程序经常要调用C函数，而C程序智能用malloc()/free()管理动态内存。

 总结：

malloc()函数其实就在内存中找一片指定大小的空间，然后将这个空间的首地址范围给一个指针变量，这里的指针变量可以是一个单独的指针，也可以是一个数组的首地址，这要看malloc()函数中参数size的具体内容。我们这里malloc分配的内存空间在逻辑上连续的，而在物理上可以连续也可以不连续。对于我们程序员来说，我们关注的是逻辑上的连续，因为操作系统会帮我们安排内存分配，所以我们使用起来就可以当做是连续的。