new和malloc的用法和區別
時間：2025-01-22 來源：華清遠見
一.c++中new的三種使用方法包括：plain new， nothrow new 和 placement new。
1. plain new 就是我們最常使用的new的方式，在C++中的定義如下：
1.1 void* operator new(std::size_t) throw(std::bad_alloc);
1.2 void operator delete( void *) throw();
plain new在分配失敗的情況下，拋出異常std::bad_alloc而不是返回NULL。
2. nothrow new 是不拋出異常的運算符new的形式。nothrow new在失敗時，返回NULL。定義如下：
2.1 void * operator new(std::size_t, const std::nothrow_t&) throw();
2.2 void operator delete(void*) throw();
3. placement new 意即“放置”，這種new允許在一塊已經分配成功的內存上重新構造對象或對象數組。placement new不用擔心內存分配失敗，因為它根本不分配內存，它做的唯一一件事情就是調用對象的構造函數。定義如下：
3.1 void* operator new(size_t, void*);
3.2 void operator delete(void*, void*);
palcement new 的主要用途就是反復使用已分配的內存，避免多次分配的開銷和風險。
二.malloc的用法
1.概念
malloc函數在C語言中用于動態分配內存。其全稱是memory allocation，用于申請一塊連續的指定大小的內存塊區域，并以void*類型返回分配的內存區域地址。malloc函數的原型為：
void *malloc(unsigned int size);
該函數在內存的動態存儲區中分配一個長度為size的連續空間。如果分配成功，則返回指向被分配內存的指針；如果分配失敗，則返回空指針NULL。malloc函數返回的指針需要通過類型轉換才能用于具體的數據對象。
1. 分配內存：使用malloc函數分配指定大小的內存塊。例如，分配100個字節的內存：
int *ptr = (int*)malloc(100 * sizeof(int));
三. new和malloc的區別
1. 申請的內存所在位置
new操作符從自由存儲區（free store）上為對象動態分配內存空間，而malloc函數從堆上動態分配內存。
自由存儲區是C++基于new操作符的一個抽象概念，凡是通過new操作符進行內存申請，該內存即為自由存儲區。而堆是操作系統中的術語，是操作系統所維護的一塊特殊內存，用于程序的內存動態分配，C語言使用malloc從堆上分配內存，使用free釋放已分配的對應內存。
那么自由存儲區是否能夠是堆（問題等價于new是否能在堆上動態分配內存），這取決于operator new 的實現細節。自由存儲區不僅可以是堆，還可以是靜態存儲區，這都看operator new在哪里為對象分配內存。
特別的，new甚至可以不為對象分配內存！定位new的功能可以辦到這一點：
new (place_address) type
place_address為一個指針，代表一塊內存的地址。當使用上面這種僅以一個地址調用new操作符時，new操作符調用特殊的operator new，也就是下面這個版本：
void * operator new (size_t,void *) //不允許重定義這個版本的operator new
這個operator new不分配任何的內存，它只是簡單地返回指針實參，然后右new表達式負責在place_address指定的地址進行對象的初始化工作。
2.返回類型安全性
new操作符內存分配成功時，返回的是對象類型的指針，類型嚴格與對象匹配，無須進行類型轉換，故new是符合類型安全性的操作符。而malloc內存分配成功則是返回void * ，需要通過強制類型轉換將void*指針轉換成我們需要的類型。
3.內存分配失敗時的返回值
new內存分配失敗時，會拋出bad_alloc異常，它不會返回NULL；malloc分配內存失敗時返回NULL。
在使用C語言時，我們習慣在malloc分配內存后判斷分配是否成功：示例如下：
int *a = (int *)malloc ( sizeof (int ));
if(NULL == a){
…
}
else
{
...
}
c++中正確的做法應該是使用異常機制：
try
{
int *a = new int();
}catch (bad_alloc &obj)
{
...
}
4.是否需要指定內存大小
使用new操作符申請內存分配時無須指定內存塊的大小，編譯器會根據類型信息自行計算，而malloc則需要顯式地指出所需內存的尺寸。
class Demo{...
};
int main()
{
Demo * ptr = new Demo ;
Demo * ptr = (Demo *)malloc(sizeof(Demo )); //需要顯式指定所需內存大小sizeof(Demo );
}
當然了，我這里使用malloc來為我們自定義類型分配內存是不怎么合適的，請看下一條。
5.是否調用構造函數/析構函數
使用new操作符來分配對象內存時會經歷三個步驟：
第一步：調用operator new 函數（對于數組是operator new[]）分配一塊足夠大的，原始的，未命名的內存空間以便存儲特定類型的對象。
第二步：編譯器運行相應的構造函數以構造對象，并為其傳入初值。
第三部：對象構造完成后，返回一個指向該對象的指針。
使用delete操作符來釋放對象內存時會經歷兩個步驟：
第一步：調用對象的析構函數。
第二步：編譯器調用operator delete(或operator delete[])函數釋放內存空間。
總之來說，new/delete會調用對象的構造函數/析構函數以完成對象的構造/析構。而malloc則不會。示例如下：
class Demo
{
public:
Demo() :a(1), b(1.2)
{
cout << __LINE__ << ":" << __func__ << endl;
}
private:
int a;
double b;
};
int main()
{
Demo * ptr = (Demo*)malloc(sizeof(Demo)); //構造函數沒有調用
return 0;
}
而使用new來分配對象時，示例如下:
class Demo
{
public:
Demo() :a(1), b(1.2)
{
cout << a << ":" << b << endl;
}
private:
int a;
double b;
};
int main()
{
Demo * ptr = new Demo;
return 0;
}
6.對數組的處理
C++提供了new[]與delete[]來專門處理數組類型:
A * ptr = new A[10];//分配10個A對象
使用new[]分配的內存必須使用delete[]進行釋放：
delete [] ptr;
new對數組的支持體現在它會分別調用構造函數函數初始化每一個數組元素，釋放對象時為每個對象調用析構函數。注意delete[]要與new[]配套使用，不然會找出數組對象部分釋放的現象，造成內存泄漏。
至于malloc，它并知道你在這塊內存上要放的數組還是啥別的東西，反正它就給你一塊原始的內存，在給你個內存的地址就完事。所以如果要動態分配一個數組的內存，還需要我們手動指定數組的大小：
int * ptr = (int *) malloc( sizeof(int)* 10 );//分配一個10個int元素的數組
7.new與malloc是否可以相互調用
operator new /operator delete的實現可以基于malloc，而malloc的實現不可以去調用new。下面是編寫operator new /operator delete 的一種簡單方式，其他版本也與之類似：
1. void * operator new (sieze_t size)
2. {
3. if(void * mem = malloc(size)
4. return mem;
5. else
6. throw bad_alloc();
7. }
8. void operator delete(void *mem) noexcept
9. {
10. free(mem);
11. }
8.是否可以被重載
opeartor new /operator delete可以被重載。標準庫是定義了operator new函數和operator delete函數的8個重載版本：
//這些版本可能拋出異常
1. void * operator new(size_t);
2. void * operator new[](size_t);
3. void * operator delete (void * )noexcept;
4. void * operator delete[](void *0）noexcept;
//這些版本承諾不拋出異常
5. void * operator new(size_t ,nothrow_t&) noexcept;
6. void * operator new[](size_t, nothrow_t& );
7. void * operator delete (void *,nothrow_t& )noexcept;
8. void * operator delete[](void *0,nothrow_t& ）noexcept;
我們可以自定義上面函數版本中的任意一個，前提是自定義版本必須位于全局作用域或者類作用域中。太細節的東西不在這里講述，總之，我們知道我們有足夠的自由去重載operator new /operator delete ,以決定我們的new與delete如何為對象分配內存，如何回收對象。
而malloc/free并不允許重載。
9. 能夠直觀地重新分配內存
使用malloc分配的內存后，如果在使用過程中發現內存不足，可以使用realloc函數進行內存重新分配實現內存的擴充。realloc先判斷當前的指針所指內存是否有足夠的連續空間，如果有，原地擴大可分配的內存地址，并且返回原來的地址指針；如果空間不夠，先按照新指定的大小分配空間，將原有數據從頭到尾拷貝到新分配的內存區域，而后釋放原來的內存區域。
new沒有這樣直觀的配套設施來擴充內存。
10. 客戶處理內存分配不足
在operator new拋出異常以反映一個未獲得滿足的需求之前，它會先調用一個用戶指定的錯誤處理函數，這就是new-handler。new_handler是一個指針類型：
1. namespace std
2. {
3. typedef void (*new_handler)();
4. }
指向了一個沒有參數沒有返回值的函數,即為錯誤處理函數。為了指定錯誤處理函數，客戶需要調用set_new_handler，這是一個聲明的一個標準庫函數:
1. namespace std
2. {
3. new_handler set_new_handler(new_handler p ) throw();
4. }
set_new_handler的參數為new_handler指針，指向了operator new 無法分配足夠內存時該調用的函數。其返回值也是個指針，指向set_new_handler被調用前正在執行（但馬上就要發生替換）的那個new_handler函數。
對于malloc，客戶并不能夠去編程決定內存不足以分配時要干什么事，只能看著malloc返回NULL。
總結
將上面所述的10點差別整理成表格：
