new/delete和malloc/free的区别

           堆区的内存管理的成员必须要面对的问题？有申请有使用有释放。俗话说：有借有还再借不难。         

  在C中常用malloc动态申请堆区的内存空间，比如链表的存储，链式地址解决哈希冲突，邻接表，树等等一些数据结构用到的存储就够基本上都是堆区的内存，方便管理，用起来比较自由。而C++中我们常用new来开辟一块内存空间。           

下来我们来看看new和malloc的区别：

           malloc的全称是memory allocation，动态分配内存；

           原型：external void *malloc(unsigned int byte);

           申请byte大小的空间（空闲块表 free block list），成功返回该内幕才能块的首地址，错误则返回NULL；

           用malloc 申请一块长度为length 的整数类型的内存，程序如下：

           int *p = (int *) malloc(sizeof(int) * length);  

         我们应当把注意力集中在两个要素上：“类型转换”和“sizeof”。

          (1)、malloc 返回值的类型是void *，所以在调用malloc 时要显式地进行类型转换，将void * 转换成所需要的指针类型。

          (2)、 malloc 函数本身并不识别要申请的内存是什么类型，它只关心内存的总字节数。

new和malloc的区别：

           （1）new/delete是运算符；malloc、free是库函数 

          （2）C++中new/delete能调用构造函数和析构函数，而malloc/free不能，只是单纯的申请内存空间；（能否调用构造函数）；

           （3）malloc不会抛出异常，而new会；你无法重新定义malloc失败时的默认行为（返回null），但你可以重定义new失败时的默认行为，比如不让它抛出异常。--针对内存分配失败下面会接着讲。

            (4)为什么不淘汰malloc/free，因为C++中经常调用C语言函数，只能使用malloc/free，malloc和delete使用就会出错；free无法执行析构函数；

以上的区别中有几个疑问需要解决一下：

问题一：malloc()到底如何申请内存空间？

            malloc()到底从哪里得到了内存空间？答案是从堆里面获得空间。也就是说函数返回的指针是指向堆里面的一块内存。操作系统中有一个记录空闲内存地址的链表。当操作系统收到程序的申请时，就会遍历该链表，然后就寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点，然后就将该结点从空闲结点链表中删除，并将该结点的空间分配给程序。

          malloc函数的实质体现在，它有一个将可用的内存块连接为一个长长的列表的所谓空闲链表（Free List）。调用malloc函数时，它沿连接表寻找一个大到足以满足用户请求所需要的内存块(根据不同的算法而定（将最先找到的不小于申请的大小内存块分配给请求者，将最合适申请大小的空闲内存分配给请求者，或者是分配最大的空闲块内存块）。然后，将该内存块一分为二（一块的大小与用户请求的大小相等，另一块的大小就是剩下的字节）。接下来，将分配给用户的那块内存传给用户，并将剩下的那块（如果有的话）返回到连接表上。调用free函数时，它将用户释放的内存块连接到空闲链上。到最后，空闲链会被切成很多的小内存片段，如果这时用户申请一个大的内存片段，那么空闲链上可能没有可以满足用户要求的片段了。于是，malloc函数请求延时，并开始在空闲链上翻箱倒柜地检查各内存片段，对它们进行整理，将相邻的小空闲块合并成较大的内存块。如果无法获得符合要求的内存块，malloc函数会返回NULL指针，因此在调用malloc动态申请内存块时，一定要进行返回值的判断。

          在此也要说明就是因为new和malloc需要符合大众的申请内存空间的要求，针对泛型提供的，分配内存设计到分配算法和查找，此外还要避免内存碎片，所以其效率比较低下，因此有时程序猿会自己重写new和delete，或者创建一个内存池来管理内存，提高程序运行的效率。

问题二：运算符和函数的区别是什么？

          （1）运算符只能重载不能自定义，函数的名字随便你起，（new也是通过malloc实现的）只要是个标志符就行；但运算符不行，比如，你无法仿照其它语言的符号，自己定义一个乘方运算符“**”。

          （2）任何函数都可以重载或者覆盖，但通常你不能改变运算符作用于内置类型的行为，比如你不能通过重载“operator+”，让3 + 2产生出6来。

          （3）函数有函数的调用，依赖于库，但是运算符是语言固有的属性，如+-*/,编译器可以进行翻译；

问题三：有了new/delete和malloc/free的区别？

           （1) malloc与free是C++/C语言的标准库函数，new/delete是C++的运算符。它们都可用于申请动态内存和释放内存。

           （2) 对于非内部数据类型的对象而言，光用maloc/free无法满足动态对象的要求。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。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。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。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malloc/free。。我们不要企图用malloc/free来完成动态对象的内存管理，应该用new/delete。由于内部数据类型的“对象”没有构造与析构的过程，对它们而言malloc/free和new/delete是等价的。

           （3) 既然new/delete的功能完全覆盖了malloc/free，为什么C++不把malloc/free淘汰出局呢？这是因为C++程序经常要调用C函数，而C程序只能用malloc/free管理动态内存。如果用free释放“new创建的动态对象”，那么该对象因无法执行析构函数而可能导致程序出错。如果用delete释放“malloc申请的动态内存”，虽然理论上程序不会出错，但是该程序的可读性很差。所以new/delete必须配对使用，malloc/free也一样。

           （4）new自动计算需要分配的空间(因为new内置了sizeof)，而malloc需要手工计算字节数；例如：int *p=new int[3];  int *pp=malloc(sizeof(int)*3);

问题四：C语言中的malloc/calloc/realloc/valloc/alloca/memalign函数内存分配失败后其处理方式：

            因为这些函数如果内存申请发生错误，则都会返回NULL，所以将指针和NULL比较就可以了，非常简单。

例如：

例如：int *p=(int *)malloc(sizeof(int)*4);
if(p==NULL)
{
	//错误处理；
}
char *p1=(int *)calloc(3,1024);
if(p1=NULL)
{
	//错误处理；
}

问题五：C++中new分配内存失败的处理方法：

              C++中的new操作符在分配内存失败时默认的操作是抛出一个内置的异常，并不是和C中的malloc一样直接返回NULL，所以再把返回值与空指针比较久没有了意义，因为C++抛出异常之后，就直接跳出new操作符所在的那一行代码，不再后续执行了，所以对new操作符返回值的判断代码就执行不到了；当然标准的C++也提供了抑制抛出异常的方法，使之在内存分配出错时不再抛出异常而是直接返回NULL，这是因为古老的编译器里面可能没有异常处理机制，不能捕获到异常。

int *p=new int[10];
if(NULL==P) //这里的比较没有意义；
{
	//错误处理；
}
所以C++提供两种方法来处理new操作符分配内存失败的错误；
（1）通过捕获new抛出来的异常；
int *p=NULL;
try
{
	p=new int[10];
}
cache(const std::bad_alloc &pp)//捕获异常；
{
	//错误处理函数
}
（2）抑制异常的抛出，直接返回NULL
int *p=NULL;
p=new(std::nothrow)int[10];  //这样的话，如果new分配内存失败，就不会再抛出异常，而是直接返回NULL了；
if(NULL==P) //这里的比较就是有意义的；
{
	//错误处理；
}

注：使用free和delete后，一定要给指针赋空值或者指向一个合法的内存空间对象，避免野指针的出现；

        释放数组对象或者申请的动态数组空间一定要加上[].例如：delete []p;

问题六：malloc/free和new/delete释放后的内存系统会马上回收吗？

        理论上讲，free掉的内存肯定是要回收的，但是不一定会马上被OS回收，这是合理的。试想一下，你每次free掉的内存都还给OS的话，尤其是在小字节的情况下，那么造成的情况，就是一大块的内存被你弄的千疮百孔，也就是说一块内存，里面有很多gap。而在操作系统的虚拟内存管理中，更是管理着的是固定大小的内存，如4K，那你还给我1 Byte，OS显然是很尴尬的。于是为了避免这样的问题，那么内存管理一般会有一个free block list，free掉的东西就放在这里来。那么你可能会释放很散乱的内存过来，没关系，我们在这里会尝试合并这些散乱的block，而malloc首先找的也是free block list，而非从OS申请新的内存。那么此时如果找到了一块儿合适的自然最好，如果找到的是比要的更大，那么一部分malloc，另一部分放回去。而上面有同学提到了小内存的问题，而这也是free block list在头部会有一些所谓的administrative data，所以用标准的malloc和free管理小内存是不高效，因为越小越容易造成gap。当然，由于malloc和free是如此普遍，自然会尝试着让它变的更好，所以也有各种优化，如对free block list进行chunk size排序，什么情况下合并，什么时候分割，内存的分配算法等，都有很多机制来管理小内存。

问题七：malloc和free操作的都是物理内存吗？

         malloc分配的永远是该进程的虚拟内存，malloc是调用VirtualAlloc的。你可以直接调用VirtualAlloc，仅仅保留虚拟地址空间而不提交，这样的话，不会分配物理内存，仅仅保留一段虚拟地址空间不被映射而已。等到需要的时候(需要写的时候）再提交物理内存，这时候得靠OS来分配相应的物理内存空间，有专门的MMU来执行操作。free当然也只是释放虚拟内存。物理内存的释放（也许不应该叫释放，而是物理内存页的重用），是换页算法做的。这块儿是专门由OS来负责管理的。

资料博文参考：

http://blog.csdn.net/zjc156m/article/details/16819357

http://www.cnblogs.com/huhuuu/archive/2013/11/19/3432371.html

http://bbs.csdn.net/topics/80028776

http://www.zhihu.com/question/29161424

在此感谢博主的分享！