new/delete和malloc/free的异同

new/delete 与 malloc/free 的异同

在 C++ 中，new/delete 和 malloc/free 都可以用于动态内存分配，但它们有很多本质上的不同。主要区别包括：

• 语法
• 是否调用构造/析构函数
• 返回类型
• 是否需要手动指定内存大小
• 异常处理
• 可重载性

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1. new/delete（C++）

new 和 delete 是 C++ 运算符，用于动态分配和释放对象，并且自动调用构造函数和析构函数。

（1）基本语法

// 分配单个对象
ClassName* obj = new ClassName();  // 调用构造函数
delete obj;  // 调用析构函数

// 分配数组
ClassName* arr = new ClassName[5];  // 调用 5 次构造函数
delete[] arr;  // 调用 5 次析构函数

（2）特点

✅ 自动调用构造函数和析构函数
✅ 不需要指定内存大小（new 通过 sizeof 自动计算）
✅ 支持重载（可以自定义 operator new）
✅ 分配失败时抛出 std::bad_alloc 异常（可以用 nothrow 处理）

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2. malloc/free（C 语言）

malloc 和 free 是 C 语言 的标准库函数，用于在 堆（heap）上分配和释放内存。malloc 不会调用构造函数，free 不会调用析构函数。

（1）基本语法

// 分配单个对象
ClassName* obj = (ClassName*)malloc(sizeof(ClassName)); // 需要强制类型转换
free(obj);

// 分配数组
ClassName* arr = (ClassName*)malloc(5 * sizeof(ClassName));
free(arr);

（2）特点

❌ 不会调用构造函数和析构函数（必须手动 memset() 初始化）
❌ 必须手动指定大小（malloc(sizeof(ClassName))）
❌ 不会抛出异常（返回 NULL 表示分配失败）
❌ 不支持重载

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3. new/delete vs malloc/free 对比

特性	new/delete（C++）	malloc/free（C）
调用构造/析构函数	✅ 调用构造函数/析构函数	❌ 不会调用，需手动初始化和清理
需要手动指定大小	❌ 不需要（new 自动计算）	✅ 需要（必须使用 sizeof）
返回类型	✅ 返回正确的类型（无需强制转换）	❌ 返回 void*，需要强制转换
失败处理	❌ 抛出 std::bad_alloc 异常（可用 nothrow 处理）	✅ 返回 NULL，需手动判断
适用语言	✅ C++	✅ C 语言（C++ 也能用，但不推荐）
性能	✅ 更优化，底层可能会重载 operator new 进行优化	❌ 较少优化，底层直接调用 malloc
数组分配	✅ new[] 和 delete[] 需要成对使用	❌ 直接 malloc/free，无数组管理

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4. 什么时候用 new/delete，什么时候用 malloc/free？

场景	推荐方法	说明
动态分配对象	new/delete	C++ 代码中应优先使用 new，因为它会调用构造/析构函数
动态分配数组	new[]/delete[]	适用于 C++ 的数组对象，如 std::vector
分配 POD 类型数据（如 char*、int*）	malloc/free	malloc 在 C 语言和某些性能敏感的场景下更合适
C 和 C++ 兼容代码	malloc/free	C 语言项目中只能使用 malloc/free
异常安全性	new/delete	new 遇到失败时抛出异常，而 malloc 返回 NULL

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5. new 失败时的 nothrow 处理

默认情况下，如果 new 失败，会抛出 std::bad_alloc 异常：

try {
    int* p = new int[1000000000000];  // 可能失败
} catch (std::bad_alloc& e) {
    std::cout << "Allocation failed: " << e.what() << std::endl;
}

如果不希望抛异常，可以使用 nothrow：

int* p = new(std::nothrow) int[1000000000000];
if (!p) {
    std::cout << "Memory allocation failed!" << std::endl;
}

但 malloc 直接返回 NULL，无需 try-catch。

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6. operator new/delete 的重载

C++ 允许重载 operator new 和 operator delete，用于自定义内存管理：

#include <iostream>

class MyClass {
public:
    void* operator new(size_t size) {
        std::cout << "Custom new for size: " << size << std::endl;
        return malloc(size);  // 使用 malloc 分配内存
    }

    void operator delete(void* ptr) {
        std::cout << "Custom delete" << std::endl;
        free(ptr);  // 释放内存
    }
};

int main() {
    MyClass* obj = new MyClass();
    delete obj;
    return 0;
}

输出：

Custom new for size: 1
Custom delete

这种技术通常用于高性能系统，如游戏引擎或数据库，自定义内存池管理，提高分配效率。

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7. 结论

✅ new/delete 适用于 C++，尤其是对象管理

• 会 调用构造函数和析构函数，适用于对象创建和销毁。
• new 失败时抛出 std::bad_alloc 异常。
• new[] 需要和 delete[] 搭配使用。

✅ malloc/free 适用于 C 语言，或分配 POD 类型数据

• 不会调用构造/析构函数，适合简单数据结构，如 char*、int*。
• 返回 void*，需要手动转换类型。
• 返回 NULL 失败，不抛异常，适用于低级别 C 代码。

在 C++ 项目中，推荐尽量使用 new/delete，因为它们更安全、更可读、更符合 C++ 语法风格。而在 C 语言或对异常不敏感的系统代码中，可以使用 malloc/free。

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🔥 总结

特性	new/delete（C++ 推荐）	malloc/free（C 语言）
构造/析构	✅ 自动调用	❌ 需要手动初始化/释放
返回类型	✅ 直接返回对象指针	❌ 返回 void*，需强制转换
失败处理	❌ 抛出异常 std::bad_alloc	✅ 返回 NULL
适用场景	✅ C++，对象管理	✅ C 语言，POD 类型数据