new、delete和malloc、free的一点思考

一、new与malloc，free与delete的异同

(1)相同点

都用于动态内存的申请、释放

(2)不同点

• new与delete是C++的运算符，支持运算符重载，而malloc与free是C/C++的标准库函数，支持函数覆盖;
• new能自动计算所需内存大小，malloc需要传入分配内存大小;
• new申请成功返回的是指向该类型的指针，而malloc申请成功返回的void *的指针，所以我们一般调用malloc的形式为(int *)malloc(10*sizeof(int));
• new和delete操作有两步，先调用operator new的标准库函数(里面包含了malloc)，调用构造函数(如果有必要),delete反之，所以new、delete底层调用了malloc、free标准库函数;
• new之后采用free语法上没有操作,大多时间也不会报错，但是会有意外情况，new基本数据类型与travial destructor的数组，这种情况free不报错,其他情况会报段错误(这里在第二节会详细测试);
• delete调用一次析构函数、delete[]调用多个析构函数，取决于申请的空间的前4个字节(存放delete[] 调用析构函数的次数)；
• new、delete不需要库文件的支持,而后者需要库文件的支持;
• new有三种方式，plain new，nothrow new,placement new;

(3)free为什么不需要指定大小

系统在分配内存时除了分配指定的内存空间外，还要分配用于保存内存空间大小等信息。所以内存释放时不再需要再指定释放多大的内存空间，只需要指定该块内存空间的首地址即可。

实质上，能在pp指针前12个字节标记出申请内存的大小，是依靠着struct malloc_chunk这个结构体。

具体测试

 在红框的位置，出现的是申请内存的大小(经过了多次测试)。

二、new、delete、malloc、free的一些测试

之前使用new和delete时发现的一些有趣事

typedef char* p_char;
#define d_char char *
class T {
public:
    int a;
    T() { a = 10; cout << "constructor" << endl; }
    ~T() {
        cout << "destructor" << endl; 
    }
};

int main()
{
    const int NUM = 3;
    T* p1 = new T[NUM];
    cout << hex << p1 << endl;      //输出P1的地址
    delete p1;
}

这是我写的错误代码，一开始认为只会是内存泄漏，但是实际情况是段错误，输出为

以下是我的进行的思考

(1)malloc、free的测试

根据上述图片出现的情况,实际输出了一次析构函数后出现段错误，我将问题定位在delete的第二步，operator delete时出现错误，测试以下代码。

int* pp = (int *)malloc(10 * sizeof(int));
    pp++;
    free(pp);

发现也会报段错误；

推断free只能从申请的首地址进行释放内存，应该是和操作系统内存管理有关系，比如free是从free list中读取的内存信息，才能准确释放内存,所以上述代码出现段错误;

所以delete一个new的数组，从p1的位置调用析构函数没有错误，但是free时，没有找到正确的申请内存首地址(应该是p1-4)，所以free失败，产生段错误;

(2)new、delete测试

这样测试完，后我将T类变成基本数据类型，发现没有异常；

 int * a = new int[10];
     delete a;

查阅、咨询别人，得出结论是，系统申请基本数据类型，并不会多申请4个字节的内存所以不会报段错误，多申请4个字节是为了记录class调用的析构函数次数；

然后又测试了以下代码

class T {
public:
    int a;
    T() { a = 10; cout << "constructor" << endl; }
    //~T() {
    //    cout << "destructor" << endl; 
    //}
};

int main()
{
    const int NUM = 3;
    T* p1 = new T[NUM];
    cout << hex << p1 << endl;      //输出P1的地址
    delete p1;
}

惊奇的发现，也并没有报段错误;

查阅资料后，推断travial destructor的类应该不会调用析构函数，或者说被编译器优化掉了；

(3)得出结论

• new一个类型的数据，如果不是基本数据类型、travial destructor,会多申请4个字节的内存大小，存放调用析构函数的次数；
• malloc会在操作系统某一个位置记录申请内存大小，所以free才能准确的释放内存；
• delete[]存在会使编译器获取数组大小（size）然后析构函数再被依次应用在每个元素上，一共size次。否则，只有一个元素被析构，无论那种情况，都会将new的内存全部返还给操作系统。

最后感谢以下大佬的博客

https://blog.csdn.net/shandaliuyan/article/details/5930719

https://www.cnblogs.com/hezhixiong/p/4535534.html

感谢阿秀大佬

https://gitee.com/Rosasp/CPlusPlusThings