【北上广深杭大厂编程面试题】C++篇...这里介绍new、delete、malloc free之间的关系？

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前言

在 C++ 中，new、delete、malloc 和 free 都是用于动态内存管理的操作符和函数，但它们之间有一些重要的区别和联系。下面将详细介绍它们的工作原理、区别和关系。

1. malloc 和 free

malloc（Memory Allocation）：

• malloc 是 C 语言中的动态内存分配函数，它在堆上分配一块指定大小的内存，并返回一个指向这块内存的指针。
• malloc 的语法：

void* malloc(size_t size);

• size 是要分配的内存块大小（以字节为单位）。
• 如果分配成功，返回指向分配内存的指针；如果分配失败，返回 NULL。

特点：

• 没有构造函数：malloc 仅分配内存，并不会初始化内存块中的内容。内存中的数据是未定义的（未初始化）。
• 没有类型信息：malloc 返回 void* 类型，需要强制转换成所需类型。
• 无析构调用：malloc 不会调用对象的析构函数，因此它仅适用于分配简单的内存块或基本数据类型。

free：

• free 用于释放通过 malloc、calloc 或 realloc 分配的内存，返回的内存会被返回给操作系统。
• free 的语法：

void free(void* ptr);

• ptr 是指向分配内存的指针。
• 如果 ptr 为 NULL，调用 free 是安全的。

特点：

• 释放内存后，指针变为悬空指针，不会自动重置为 NULL，因此需要小心使用。
• free 不会调用析构函数，因此适用于没有构造或析构函数的简单数据结构。

示例代码：malloc 和 free

#include 
using namespace std;

int main() {
    // 使用 malloc 分配内存
    int* arr = (int*)malloc(5 * sizeof(int));
    if (arr == NULL) {
        cout << "Memory allocation failed!" << endl;
        return 1;
    }

    // 初始化分配的内存
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        arr[i] = i + 1;
    }

    // 打印结果
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        cout << arr[i] << " ";
    }
    cout << endl;

    // 使用 free 释放内存
    free(arr);

    return 0;
}

2. new 和 delete

new：

• new 是 C++ 中的运算符，用于动态分配内存并调用构造函数初始化对象。new 分配的内存空间不仅仅是原始的内存，它还可以根据需要进行类型转换和构造初始化。
• new 的语法

Type* ptr = new Type;
Type* ptr = new Type[size];

• 第一种形式是分配一个类型为 Type 的对象，并调用 Type 类的构造函数。
• 第二种形式是分配一个 Type 类型的数组，并调用每个元素的构造函数。

特点：

• 调用构造函数：new 会调用对象的构造函数来初始化内存。
• 返回类型安全的指针：new 返回的是类型化的指针，无需显式转换类型。
• 内存不足时抛出异常：如果无法分配内存，new 会抛出 std::bad_alloc 异常（C++ 中的 new 默认不返回 NULL，而是抛出异常）。

delete：

• delete 用于释放通过 new 分配的内存，并调用对象的析构函数。
• delete 的语法：

delete ptr;
delete[] ptr;

• delete 用于释放通过 new 分配的单个对象。
• delete[] 用于释放通过 new[] 分配的数组。

特点：

• 调用析构函数：delete 会自动调用对象的析构函数来销毁对象并释放相关资源。
• 类型安全：delete 知道释放的是哪种类型的内存，因此不需要类型转换。
• 防止内存泄漏：delete 确保释放了内存和相关资源，避免内存泄漏。

示例代码：new 和 delete

#include 
using namespace std;

class MyClass {
public:
    MyClass() {
        cout << "Constructor called" << endl;
    }
    ~MyClass() {
        cout << "Destructor called" << endl;
    }
};

int main() {
    // 使用 new 分配内存并调用构造函数
    MyClass* obj = new MyClass();

    // 使用 delete 释放内存并调用析构函数
    delete obj;

    // 使用 new[] 分配内存
    int* arr = new int[5];
    delete[] arr;

    return 0;
}

输出：

Constructor called
Destructor called

3. new、delete 与 malloc、free 的关系与区别

4. 总结：

• malloc 和 free 是 C 风格的内存管理方式，它们不考虑对象的构造和析构，适用于简单的内存分配和管理。它们在 C++ 中依然可以使用，但不适用于管理 C++ 对象的生命周期。
• new 和 delete 是 C++ 提供的内存管理方式，支持动态内存分配并考虑构造和析构函数。new 适用于分配对象内存并初始化，delete 会调用析构函数并释放内存，确保对象的资源被正确释放。

尽管 malloc 和 free 在 C++ 中仍然可用，但更推荐使用 new 和 delete，尤其是在面向对象编程中，它们提供了更高的安全性和内存管理的自动化。