浅谈malloc-free and new-delete

浅谈malloc-free and new-delete

        对于每一个C++程序员来说，malloc/free和new/delete并不陌生，但是又有多少人能够真正理解了呢，我一直就不大理解，直到写这篇博文我仍然处于一知半解的状况，但总算解决了一些疑问。所以仅以此文记录下来，以解后来者之惑，同时供以后自己参考学习之用，水平有限，欢迎拍砖。

 

一．  问题提出

(1)   malloc/free和 new/delete有何区别？

(2)   为何malloc只需传递一个size形参，却不需要内存数据类型?

(3)   为何free不需要传递size形参，而只需传递形参，且free形参类      型为void*那free是如何知道普通数据及数组大小的。

(4)  为何new/delete对普通数据和对数组的处理不同，数组为何加[]符号？且delete释放数组时也不需要对象个数？

 

 

二．   问题解释

(1)       malloc/free 与 new/delete区别

区别在于malloc/free是C标准库函数，处理的是内置类型及结构体等数据的分配释放工作。而new/delete是C++内置操作符，它们不仅负责内置类型的分配释放，还处理对象类型的自定义类型的数据的分配和释放工作。它在对象分配时会调用构造函数，释放时会调用析构函数。很多实现中后者是对前者的封装，并且加入了类类型的处理机制，它只不过是比malloc/free做的工作多些罢了。

(2)        malloc只需要传递一个size_t类型的参数，是因为malloc分配内存时并不关心数据类型，它是以字节为单位分配空间，把首地址作为void*返回，转换工作交给程序员来完成。其实在<<C和指针>>这本书中我们就已经充分体会void*的强大之处，<<STL源码剖析>>一书中也有体现。

(3)       而free不需要表示长度的型参似乎有点诡异，由于free接受的是void*类型的指针，所以它也没有可能以类型来获取长度，特别是如果free的目标是数组的话。要解释这个问题就不得不说明一个问题，那就是事实上malloc在分配内存是不仅仅分配所需空间大小，同时还会分配一些额外的空间以记录内存分配信息：

根据inside The C++ Object  Model上说：现代C++编译器执行malloc函数时会记录分配空间的长度信息，实现机制一般有两种：

1)  cookies：将一个记录内存分配大小的小块綁定在分配内存的地址头部（有些可能是尾部）

如：

int  arr[10];

n  arr[0] arr[1]  arr[2]  arr[3] ......

n表示字节数。

2)  空间分配表:系统会维护一个专门的内存分配表，在分配表中记录分配的内存的大小信息。

这里给出网上找到的一个vs2010作为测试环境，（猜测应该是win7 32位系统）下得出的内存分配公式：

对于普通数据：

公式(一):_CrtMemBlockHeader +<your data>+gap[N]

对于对象数组:

公式(二):_CrtMemBlockHeader +数组元素个数+<yourdata>+gap[N]

其中_CrtMemBlockHeader是用于存储内存分配信息的数据结构，其定义可能不同系统不同，一个例子为：

typedefstruct _CrtMemBlockHeader {      // 指向前一块数据块的指针      　　struct _CrtMemBlockHeader *pBlockHeaderNext;      // 指向下一块数据块的指针          struct _CrtMemBlockHeader *pBlockHeaderPrev;          // File name：请求内存分配操作的那行代码所在的文件的路径和名称，但实际上是空指针      char *szFileName;      // Line number：行号，请求内存分配操作的那行代码的行号       int nLine;                  // 请求分配的大小     size_t nDataSize;           // Type of block类型      int nBlockUse;          // 请求号     long lRequest;            // 这个数据是干嘛的呢，查下单词gap是什么意思，你就知道了！     unsigned char gap[nNoMansLandSize]; } _CrtMemBlockHeader;

gap[]是越界符，如0xFD。

至此我们解释了该问题，以此类推delete不需要大小的参数其原理大抵如此。

(4)       这个问题其实设计下面这个结论：

1)  对于单个数据必须使用delete

2)  对于普通数组（这些数组包括只含合成的析构函数的类数组-----trival deconstructor）用delete和delete[]都可以，是等价的。

3)  对于显示定义了析构函数的类数组必须使用delete[]

那么为什么会这样呢，那是因为对于有显示析构函数的类数组构造时其存储方式是公式(二)当你使delete时，它会把它当普通数据处理，那么它会把:

_CrtMemBlockHeader+数组元素个数

这9个字节的后8个字节当作_CrtMemBlockHeader来处理，那么读出的内存长度必然是错的，这样释放空间通过越界检查gap[]就可以发现内存释放操作错误，结果报错。

 

 

对于这个话题先讨论到这，进一步的研究等看完后续章节。

下面摘抄网上一段文章，我觉得能解释一些问题：

但因为new-delete申请和释放是类型相关的，所以其内部不仅关联到所申请内存的大小，还涉及到构造的类对象的个数。如代码new TYPE[num]。至于内存的大小我们已经明晰了，但是类对象的个数是否要记录呢，如果要记录，那存在哪里呢？可能现在有人会说不用记录啊，知道类对象的类型直接sizeof(TYPE)，然后再用内存大小去除，不就可以了？答案是否定的。因为你申请的内存并不等于类对象的个数与类对象大小的乘积，它还存储额外的信息，如header，而且还要考虑到内存申请时的字节对齐。soso，无法通过内存大小计算，所以该类对象个数num是要记录的。也就是说new数组要记录两个数，这点是很关键的。那类对象个数num是记录在哪呢？是否也记录在内存里？no，不是，类对象的个数是有编译器编译过程中存储记录的（参考侯杰大师翻译的《effective c++》），而不是通过内存管理器。当你delete时，他会自动找打该指针对应的类对象的个数，循环调用析构函数，然后再free这块内存。