【c++】malloc和new

【c++】malloc和new

1. 内存分配与初始化

malloc/free

• 分配方式：
  malloc 在堆区申请一块指定大小的连续的内存空间，并返回该内存区域的起始地址（类型为 void*）。
• 初始化：
  malloc 只分配内存，不会初始化（也就是说，内存中的数据内容是未定义的）。
• 使用方式：
  • 调用时需要手动计算所需的字节数（例如：malloc(n * sizeof(T))）。
  • 返回的指针通常需要在 C++ 中强制转换成相应类型。
• 错误处理：
  如果分配失败，malloc 会返回 NULL，因此调用者需要进行判空处理。

new/delete

• 分配方式：
  • 关键字形式的 new：
    当使用 new Type(arguments) 时，编译器首先根据类型自动计算出所需的内存大小，然后调用内部的分配函数（底层往往会调用 malloc（或等效的内存分配函数）来获得内存。接着使用（）中的值初始化申请的内存空间，最后返回地址
  • 函数形式的 operator new：
    也就是直接调用内置的分配函数，仅负责申请内存，不调用构造函数。
  • 定位（Placement）new：
    对只限定的空间进行初始化
• 初始化：
  • 关键字 new 会在分配内存后自动调用构造函数，对内存进行初始化。
  • 函数形式的 operator new仅负责内存分配，不进行对象的构造。
• 返回值：
  返回的是正确类型的指针，不需要强制类型转换。
• 错误处理：
  如果内存分配失败，关键字 new 会抛出异常（通常为 std::bad_alloc），而不是返回 NULL。

delete时为了知道delete的区域 会有28字节的头部信息 以及四字节的上越界 四字节的下越界标记
因此申请空间越小负担越大内存利用率越低

---

2. 使用上的差异

• 大小计算：

  • malloc：调用者必须手动计算内存大小；例如：malloc(10 * sizeof(int))。
  • new：编译器自动根据类型计算所需大小；例如：new int[10] 自动分配足够空间。

• 初始化行为：

  • malloc：不会对分配的内存进行初始化，使用前可能需要手动初始化（或者使用 calloc 来分配并初始化为 0）。
  • new：会自动调用构造函数，对对象进行初始化。

• 错误检查：

  • malloc：返回 NULL 后需要手动判空。
  • new：分配失败时会直接抛异常（除非使用 nothrow 版本）。

• 内存释放：

  • malloc** 分配的内存必须用 free() 来释放。
  • new 分配的内存必须用 delete（或 delete[]）来释放，这样不仅回收内存，还会调用对象的析构函数。

• 类型转换：

  • malloc：只分配内存，不做初始化；需要手动计算大小；返回 void*，调用者需要进行类型转换。
  • new：自动计算大小，分配内存后自动调用构造函数进行初始化；返回具体类型的指针，无需类型转换。

---

3. 内部实现与内存池

• 内存分配的底层系统调用：
  不论是 malloc 还是 new 内部的 operator new，最终都会调用类似 sbrk（适用于较小的内存分配）或 mmap（适用于大块内存分配，比如通常以 128KB 为界限）这样的系统调用来扩展进程的虚拟内存空间。

• 内存池和额外开销：

  • 当使用 sbrk 分配内存时，释放的内存并不一定立即归还给操作系统，而可能被保存在内部的内存池中以便下次重用；这就会在分配的小内存块中附加上（例如头部 28 字节和尾部 4 字节之类的）额外的管理信息，从而降低小块内存的利用率。
  • 当使用 mmap 分配大块内存时，释放后通常会将内存归还给操作系统。