有了malloc/free 为什么还要new/delete

本文探讨了C++中malloc/free与new/delete的区别及应用场景。详细解释了为何对于非内部数据类型对象,仅用malloc/free无法满足需求,而new/delete能够更好地进行动态内存管理。

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有了malloc/free 为什么还要new/delete ?
malloc 与free 是C++/C 语言的标准库函数,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。
对于非内部数据类型的对象而言,光用maloc/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 是库函数而不是运算符,不在编译器控制权限之内,不能够把执行构造函数
和析构函数的任务强加于malloc/free。
因此C++语言需要一个能完成动态内存分配和初始化工作的运算符new,以及一个
能完成清理与释放内存工作的运算符delete。注意new/delete 不是库函数。
我们先看一看malloc/free 和new/delete 如何实现对象的动态内存管理,见示例7-8。
class Obj
{
public :
Obj(void){ cout << “Initialization” << endl; }
~Obj(void){ cout << “Destroy” << endl; }
void Initialize(void){ cout << “Initialization” << endl; }
void Destroy(void){ cout << “Destroy” << endl; }
};
void UseMallocFree(void)
{
Obj *a = (obj *)malloc(sizeof(obj)); // 申请动态内存
a->Initialize(); // 初始化
//…
a->Destroy(); // 清除工作
free(a); // 释放内存
}
void UseNewDelete(void)
{
Obj *a = new Obj; // 申请动态内存并且初始化
//…
delete a; // 清除并且释放内存
}
示例7-8 用malloc/free 和new/delete 如何实现对象的动态内存管理
类Obj 的函数Initialize 模拟了构造函数的功能,函数Destroy 模拟了析构函数的功
能。函数UseMallocFree 中,由于malloc/free 不能执行构造函数与析构函数,必须调用
成员函数Initialize 和Destroy 来完成初始化与清除工作。函数UseNewDelete 则简单得

多。
所以我们不要企图用malloc/free 来完成动态对象的内存管理,应该用new/delete。
由于内部数据类型的“ 对象”没有构造与析构的过程,对它们而言malloc/free 和
new/delete 是等价的。
既然new/delete 的功能完全覆盖了malloc/free,为什么C++不把malloc/free 淘
汰出局呢?这是因为C++程序经常要调用C 函数,而C 程序只能用malloc/free 管理动
态内存。
如果用free 释放“new 创建的动态对象”,那么该对象因无法执行析构函数而可能
导致程序出错。如果用delete 释放“malloc 申请的动态内存”,理论上讲程序不会出错,
但是该程序的可读性很差。所以new/delete 必须配对使用,malloc/free 也一样。

<think>我们正在讨论C++中new/deletemalloc/free的区别以及为什么需要new/delete。首先,需要明确的是,newdelete是C++的运算符,而mallocfree是C标准库函数。主要区别如下:1.类型安全:new在分配内存时返回指定类型的指针,而malloc返回void*,需要显式类型转换。2.构造与析构:new会调用对象的构造函数,delete会调用析构函数。而malloc/free只负责内存分配和释放,不调用构造和析构。3.内存分配失败处理:new在分配失败时会抛出std::bad_alloc异常,而malloc失败时返回NULL。4.内存大小计算:使用new时编译器会自动计算所需内存大小,而malloc需要手动计算(如使用sizeof)。5.重载:C++允许重载newdelete运算符,而malloc/free不能重载。6.初始化:new可以初始化对象(如使用newint(5)初始化整数为5),而malloc分配的内存是未初始化的。7.重新分配:malloc可以使用realloc重新调整已分配内存的大小,而new没有类似的机制(需要手动实现)。为什么需要new/delete?在C++中,对象不仅有内存分配的需求,还有构造和析构的需求。使用new/delete可以确保在分配内存的同时调用构造函数进行初始化,在释放内存之前调用析构函数进行清理。这是C++面向对象特性的重要支持。下面我们详细说明:一、类型安全使用new分配内存:int*p=newint;//返回int*类型使用malloc:int*p=(int*)malloc(sizeof(int));//需要强制转换,且容易遗漏sizeof二、构造和析构考虑一个类:classMyClass{public:MyClass(){/*构造函数*/}~MyClass(){/*析构函数*/}};使用new/delete:MyClass*obj=newMyClass;//调用构造函数deleteobj;//调用析构函数使用malloc/free:MyClass*obj=(MyClass*)malloc(sizeof(MyClass));//不调用构造函数free(obj);//不调用析构函数这样,如果类中有动态分配的内存或资源(如文件句柄),使用malloc/free会导致资源泄漏,因为构造函数和析构函数没有被调用。三、异常处理使用new时,如果内存不足,会抛出异常,我们可以用try-catch捕获。而malloc需要检查返回值。四、自定义管理new/delete可以重载,从而允许自定义内存管理策略(如使用内存池)。五、数组分配new支持数组分配,并会为每个元素调用构造函数:MyClass*arr=newMyClass[10];使用delete[]释放,会为每个元素调用析构函数。malloc则无法做到这一点。六、初始化对于内置类型,new可以初始化:int*p=newint(10);//初始化为10malloc分配的内存需要手动初始化。因此,在C++中,对于类类型的对象,必须使用new/delete。对于非类类型(如基本类型或POD结构),虽然可以使用malloc/free,但为了代码的一致性和安全性,通常也推荐使用new/delete。注意:new/deletemalloc/free不能混用。例如,用malloc分配的内存不能用delete释放,用new分配的内存也不能用free释放,否则可能导致未定义行为。总结:new/delete是C++中管理动态内存和对象生命周期的运算符,它们提供了类型安全、自动构造和析构、异常安全等特性,是C++面向对象编程不可或缺的部分。下面生成相关问题:</think>### C++中`new/delete`与`malloc/free`的区别及必要性 #### 1. **核心区别** | **特性** | **`new/delete`** | **`malloc/free`** | |----------------------|--------------------------------------|-----------------------------------| | **语言归属** | C++运算符 | C标准库函数 | | **类型安全** | 自动推导类型(无需`sizeof`或强制转换)| 返回`void*`(需手动类型转换) | | **构造/析构函数** | ✅ 调用构造函数和析构函数 | ❌ 仅分配/释放内存 | | **内存初始化** | ✅ 可初始化(如`new int(5)`) | ❌ 分配未初始化的内存 | | **失败处理** | 抛出`std::bad_alloc`异常 | 返回`NULL` | | **重载支持** | ✅ 可重载运算符 | ❌ 不可重载 | | **内存大小计算** | 编译器自动计算 | 需手动指定(如`sizeof(int)*n`) | #### 2. **必要性分析** - **对象生命周期管理** `new`在分配内存后调用构造函数初始化对象,`delete`在释放内存前调用析构函数清理资源(如释放内部指针、关闭文件等)。 而`malloc/free`仅操作原始内存,不涉及对象构造/析构,**易导致资源泄漏**。 **示例**: ```cpp class Resource { int* data; public: Resource() { data = new int[100]; } // 构造函数分配资源 ~Resource() { delete[] data; } // 析构函数释放资源 }; // 错误用法:malloc不会调用构造函数 → data未初始化 Resource* r1 = (Resource*)malloc(sizeof(Resource)); free(r1); // 析构函数未被调用 → 内存泄漏! // 正确用法:new调用构造函数,delete调用析构函数 Resource* r2 = new Resource(); delete r2; // 安全释放 ``` - **类型安全** `new`返回精确类型指针,避免类型错误: ```cpp int* p1 = new int; // 类型正确 int* p2 = (int*)malloc(sizeof(int)); // 需手动转换 ``` - **异常安全** `new`的异常机制符合C++ RAII(资源获取即初始化)原则,可与`try-catch`集成: ```cpp try { int* p = new int[10000000000]; // 失败时抛出异常 } catch (const std::bad_alloc& e) { // 异常处理 } ``` - **与C++特性集成** `new/delete`支持**数组分配**(`new[]/delete[]`)、**自定义分配器**、**放置`new`** 等高级特性,而`malloc/free`无法实现。 #### 3. **混合使用的风险** **绝对禁止混用**! - `malloc`分配 + `delete`释放 → **未调用析构函数** → 资源泄漏 - `new`分配 + `free`释放 → **未调用析构函数** → 资源泄漏 + **未定义行为** ```cpp std::string* s = new std::string("Hello"); free(s); // 错误!未调用~string() → 内部动态内存泄漏 ``` #### 4. **何时使用`malloc/free`?** - 仅需处理**原始内存**(如底层内存池) - 与C语言库交互时(如`fopen`返回的`FILE*`需用`free`释放) - **POD类型(Plain Old Data)** 且无构造/析构需求时(但`new/delete`仍更安全) > 总结:`new/delete`是C++面向对象内存管理的核心机制,提供类型安全、完整的对象生命周期管理及异常安全。在C++代码中应优先使用`new/delete`,仅在特定场景(如与C交互)才考虑`malloc/free`[^1]。 --- ### 相关问题 1. 如何为自定义类重载`new`和`delete`运算符? 2. C++中`delete`和`delete[]`的区别是什么?混用会导致什么问题? 3. 什么是**放置`new`(placement new)**?它有哪些应用场景? 4. C++11的智能指针(如`unique_ptr`、`shared_ptr`)如何替代`new/delete`? [^1]: C开发者通常因模板和函数重载对C++持谨慎态度,更倾向于使用指针运算和过程式编程(如`malloc/free`),但C++的`new/delete`为面向对象提供了必要的安全保障。
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