new-delete-malloc-free关系总结

new-delete-malloc-free关系总结

写在前面的话

• 这个系列的笔记总结是根据网上的两篇基础拓展而来的
  1. C++经典面试题（最全，面中率最高）
  2. C++面试集锦( 面试被问到的问题 )

面试中可以这样简单的回答

1. new/delete会调用对象的构造/析构函数, 而malloc/free只会释放内存;
2. malloc与free是C++/C语言的标准库函数，new/delete是C++的运算符;
3. 它们都可用于申请动态内存和释放内存;
4. 对于非内部数据类型的对象(自己声明的类对象)而言，光用maloc/free无法满足动态对象的要求(为什么?);
5. 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;
6. 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;
   • malloc一个对象会发生什么事呢? malloc返回的是指向一块内存区域的原始指针, 需要进行强制转换, 而且没有构造对象, 里面的东西还是原来的样子;
7. 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;
8. 注意new/delete不是库函数, 他们是像(=等于符号)的一种特殊的操作符

或者可以这样简单的回答

1. new是从自由存储区上分配内存, malloc是从堆上分配内存, 弄明白自由存储区和堆的概念！
   • 堆是操作系统维护的一块特殊内存;
   • 自由存储区时new/delete动态分配和释放对象的抽象概念, 通过new来申请的内存区域可以成为自由存储区;
   • 堆与自由存储区并不等价, 因为new可以通过运算符重载, 改用其他内存来实现自由存储区;
   • 简单的来讲, 就是自由存储区不仅仅是堆, 它还可以是静态存取区, 这都是看operator new的具体实现细节;
2. 划分自由存储区和堆的界线就是new/delete与malloc/free；
3. 很多编译器的new/delete都是以malloc/free为基础来实现的；
4. operator new/delete可以进行重载;

为了在面试中眼前一亮, 可以更深入的回答

1. 申请内存所在位置：
   • new操作符从自由存储区(free store)上为对象动态分配内存空间, 而malloc函数从堆上动态分配内存;
2. 返回类型安全性:
   • new操作符内存分配成功时, 返回的是对象类型的指针, 类型严格与对象匹配, 无需进行类型转换, 所以new是符合类型安全性的操作符;
   • 而malloc内存分配成功则是返回泛型指针void, 需要通过强制类型转换将泛型指针void转换成我们需要的对象类型;
   • 类型安全很大程度上可以等价于内存安全, 类型安全的代码不会试图访问自己没有被授权的内存区域;
3. 内存分配失败时的返回值:
   • new内存分配失败时, 会抛出bac_alloc异常, 它不会返回NULL指针;
   • malloc分配失败时会返回NULLl;
   • new根本不会返回NULL, 失败早就抛出异常了, 操作符不存在返回值一说。
4. 是否需要指定内存大小:
   • new操作符申请内存分配时无须指定内存块的大小, 编译器会根据类型信息自行计算;
   • 而malloc则需要显式地指出所需内存的尺寸。
5. 是否调用构造函数/析构函数:
   • 使用new操作符来分配对象内存时会经过三个步骤:
     • 调用operator new函数(对于数组是 operator new[])分配足够大的, 原始的, 未命名的内存空间以便存储特定类型的对象;
     • 编译器运行响应相应的构造函数以构造对象, 并为其传入初值;
     • 对象构造完成后, 返回一个指向该对象的指针;
   • 使用delete操作符来释放对象会经历两个步骤:
     • 调用对象的析构函数;
     • 编译器调用operator delete(或 operator delete[])操作符重载函数来释放内存空间;
   • new/delete会调用对象的构造/析构函数, 而malloc则不会;
   • 用malloc/free来处理C++的自定义类型是不合适的, 标准库中凡是需要构造/析构的类型通通不适合;
6. 对数组的处理:
   • C++提供了new[]与delete[]来专门处理数组类型;
   • 使用new[]分配的内存必须使用delete[]进行释放;
   • new对数组的支持体现在它会分别调用构造函数初始化每一个数组元素, 释放对象时为每个对象调用析构函数;
   • 注意delete[]要与new[]配套使用, 不然会出现数组对象部分释放的现象, 造成内存泄漏;
   • 对于malloc, 它并不知道你在这块内存上要放的是数组还是别的东西, 反正它就给你一块原始的内存, 在给你一块内存地址就完事了;
   • malloc动态分配一个数组的内存, 还需要我们手动指定数组的大小;
7. new与malloc是否可以相互调用:
   • 操作符new/delete的实现可以基于malloc, 而malloc的实现不可以去调用new;
8. 是否可以被重载:
   • 操作符new/delete可以被重载, 标准库定义了new与delete的8个重载版本:

   //这些版本可能抛出异常
   void * operator new(size_t);
   void * operator new[](size_t);
   void * operator delete (void * );
   void * operator delete[](void *0;
   //这些版本承诺不抛出异常
   void * operator new(size_t ,nothrow_t&) noexcept;
   void * operator new[](size_t, nothrow_t& ) noexcept;
   void * operator delete (void *,nothrow_t& ) noexcept;
   void * operator delete[](void *0,nothrow_t& ）noexcept;
   

   • 可以自定义这8个函数版本中的任意一个, 前提是自定义版本必须位于全局作用域或者类作用域中;
   • 我们有足够的自由去重载operator new/delete, 以决定我们的new与delete如何为对象分配内存, 如何回收对象;
   • 而malloc/free是并不允许重载的.
9. 能够直观地重新分配内存:
   • 使用malloc分配内存后, 如果使用过程中发现内存不足, 可以使用realloc函数进行内存重新分配实现内存的扩充;
   • realloc先判断当前的指针所指向内存是否有足够的空间, 如果有, 原地扩大可分配的内存地址, 并且返回原来的地址指针;
   • 如果空间不够, 先按照新指定的大小分配空间, 将原有数据从头到尾拷贝到新分配的内存区域, 然后释放原来的内存区域;
   • new没有这样直观的配套设施来扩充内存;
10. 客户处理内存分配不足；
    • 在operator new抛出异常以反映一个未获得满足的需求之前, 它会先调用一个用户指定的错误处理函数, 这就是new_handler;
    • new_handler是一个指针类型, 指向一个没有参数没有返回值的函数, 即错误处理函数;
    • 客户需要调用set_new_handler, set_new_handler的参数为new_handler指针, 指向operator new无法分配足够内存时该调用的函数;
    • 其返回值也是个指针, 指向set_new_handler被调用前正在执行(但马上就要发生替换)的那个new_handler函数.
    • 对于malloc, 客户并不能够去编程决定内存不足以分配时要干什么事情, 只能看着malloc返回NULL.

C++中有了malloc/free, 为什么还需要new/delete

1. 回答这个问题，只需要强调malloc/free返回的是void*指针--就不会对对象进行构造, 而且空间不足的时候会直接返回NULL指针, 不会执行异常处理, 这样并不安全

delete 与 delete[]的区别

1. delete只会调用一次析构函数，而delete[]会调用每一个成员的析构函数;
2. 当delete操作符用于数组时，它为每个数组元素调用析构函数，然后调用operator delete来释放内存;
3. delete与new配套，delete []与new []配套;
4. 对于内建简单数据类型，delete和delete[]功能是相同的(因为内置类型没有析构函数)。对于自定义的复杂数据类型，delete和delete[]不能互用;
5. delete[]删除一个数组，delete删除一个指针;