C++中，new与malloc的区别何在？(代码实验向)

在C++中，new与malloc()都可用于在堆中分配一块内存。其中，new是C++的语法，而malloc则来自古老的C语言，二者在使用时有何区别？

new会调用构造函数，而malloc()不会

假设有一个矩形类Rect，定义如下：

class Rect {
public:
    Rect() {
        /* 初始化矩形的宽和高为10 */
        mWidth = mHeight = 10;
        std::cout << "Calling Rect(): ";
        display();
    }

    Rect(float width, float height) {
        /* 指定矩形的宽和高，构造一个矩形 */
        mWidth = width;
        mHeight = height;

        std::cout << "Calling Rect(float, float): ";
        display();
    }

    ~Rect() {
        /* 析构函数 */
        std::cout << "Calling ~Rect(): ";
        display();
    }

    void display() {
        /* 输出矩形信息，最后会额外输出一个换行符 */
        std::cout << "Rect(" << mWidth << ", " << mHeight << ")\n";
    }

private:
    float mWidth;  // 矩形的宽
    float mHeight;  // 矩形的高
};

这个类的实现很简单，唯一需要注意的地方在于构造函数和析构函数内都有一条输出，便于我们了解程序是否调用了相关函数。

我们的测试代码长这个样子：

int main() {
    std::cout << "[INFO] malloc:\n";
    auto ptrRect1 = (Rect*)malloc(sizeof(Rect));
    ptrRect1->display();

    std::cout << "\n[INFO] new:\n";
    auto ptrRect2 = new Rect;
    ptrRect2->display();

    std::cout << "\n[INFO] program finish:\n";
}

编译运行后，程序的输出如下：

[INFO] malloc:
Rect(9.86058e+27, 6.30584e-43)

[INFO] new:
Calling Rect(): Rect(10, 10)
Rect(10, 10)

[INFO] program finish:

可以看到，调用malloc后，没有对分配的那块内存初始化，最后输出矩形的宽和高是内存中保存的随机值；而使用new分配的对象会调用构造函数初始化内存，这就是二者的区别所在。

另外还有一点，这两块在堆上分配的内存没有被回收，虽然在这个小程序中，程序运行结束后会由操作系统负责回收内存，但作为一名专业的编程人员，回收不必要的内存总是一个好习惯，而这，就需要我们考虑delete与free()的区别。

delete会调用析构函数，而free()不会

想必大家都已经猜到了，与new/malloc()的区别类似，delete相较于free, 会调用析构函数。

int main() {
    auto ptrRect1 = (Rect*)malloc(sizeof(Rect));
    auto ptrRect2 = new Rect;

    std::cout << "[INFO] free:\n";
    free(ptrRect1);

    std::cout << "\n[INFO] delete:\n";
    delete ptrRect2;

    std::cout << "\n[INFO] program finish:\n";
}

程序的输出如下所示：

Calling Rect(): Rect(10, 10)
[INFO] free:

[INFO] delete:
Calling ~Rect(): Rect(10, 10)

[INFO] program finish:

输出结果验证了我们的说法。

对象数组的分配与释放

我们已经知道，malloc/free作为C语言的底层API, 不会为我们做额外的工作，而C++中的new/delete同时承担构造/析构的工作。最后还留有一个问题，对于对象的数组，也遵循相同的规定吗？答案是肯定的，请看下面这个例子：

int main() {
    std::cout << "[INFO] create 5 rects:\n";
    auto rect_array = new Rect[5];

    std::cout << "\n[INFO] delete rect array:\n";
    delete[] rect_array;
}

输出为：

[INFO] create 5 rects:
Calling Rect(): Rect(10, 10)
Calling Rect(): Rect(10, 10)
Calling Rect(): Rect(10, 10)
Calling Rect(): Rect(10, 10)
Calling Rect(): Rect(10, 10)

[INFO] delete rect array:
Calling ~Rect(): Rect(10, 10)
Calling ~Rect(): Rect(10, 10)
Calling ~Rect(): Rect(10, 10)
Calling ~Rect(): Rect(10, 10)
Calling ~Rect(): Rect(10, 10)

从输出中可以看到，使用new Rect[5]分配5个Rect对象时，会为5个Rect对象分别调用一次构造函数；而使用delete[]释放内存时，也会同时调用Rect对象的析构函数。

有的朋友可能好奇：如果不使用delete[] rect_array, 直接使用delete rect_array, 会发生什么呢？既然写到这里，就顺便试一试吧：

int main() {
    std::cout << "[INFO] create 5 rects:\n";
    auto rect_array = new Rect[5];

    std::cout << "\n[INFO] delete rect array:\n";
    delete rect_array;
}

我使用的clang编译器给了我一个Warning: 使用new[]分配的内存需要使用delete[]释放。但是编译能通过，最后的输出结果为：

[INFO] create 5 rects:
Calling Rect(): Rect(10, 10)
Calling Rect(): Rect(10, 10)
Calling Rect(): Rect(10, 10)
Calling Rect(): Rect(10, 10)
Calling Rect(): Rect(10, 10)

[INFO] delete rect array:
Calling ~Rect(): Rect(10, 10)

因此，将delete[]换成delete后，只有第一个Rect对象被释放，程序的状态也出现了异常。

结语

最后和大家讲个笑话：我最早学C语言的时候，以为使用malloc()申请的内存，如果没有调用free()释放，这块内存就不能再用了。所以，一开始不敢使用malloc()这个函数，并且总是感觉自己电脑的内存越来越小。后来才知道，原来操作系统会在程序运行结束后回收内存，所以完全不必担心，尽管放心大胆地写，没听说谁写代码把电脑干废的。

在新一代的C++中，有智能指针这一更为高级的概念，不过这些都是后话了，有时间再研究研究。