对比malloc-free与new-delete

对比malloc-free与new-delete

malloc/free 与 new/delete 是 C++ 中两种动态内存分配和释放的机制，分别源自 C 和 C++ 语言。它们在底层实现、用途、语义和使用场景上有显著差异。

一、基本语法和用途

功能	malloc / free	new / delete
来自语言	C	C++
头文件	<stdlib.h>	无需头文件（是 C++ 的关键字）
分配语法	void* p = malloc(size)	T* p = new T(...)
释放语法	free(p)	delete p
数组分配	int* a = malloc(n * sizeof(int))	int* a = new int[n]
数组释放	free(a)	delete[] a

二、核心区别对比

对比点	malloc / free	new / delete
是否调用构造/析构函数	❌ 不调用构造函数和析构函数	✅ 调用构造函数分配对象，调用析构函数释放对象
返回类型	void*，需强制类型转换	类型安全，不需要类型转换
失败处理	返回 NULL	抛出 std::bad_alloc 异常（除非使用 new (nothrow)）
自定义分配器	不能重载	可以通过重载 operator new 和 operator delete 实现自定义分配器
灵活性	可以方便地实现复杂的内存池等机制	更面向对象，适合常规对象的创建和销毁
语义层面	只是字节分配器，和类型无关	是对象创建工具，包含初始化和类型语义

三、举例说明

1. 使用 malloc 分配结构体（不会调用构造函数）：

struct Person {
    Person() { std::cout << "Constructor\n"; }
    ~Person() { std::cout << "Destructor\n"; }
};

Person* p1 = (Person*)malloc(sizeof(Person)); // 不会调用构造函数
free(p1);                                     // 不会调用析构函数

1. 使用 new 分配结构体（会调用构造函数）：

Person* p2 = new Person(); // 会调用构造函数
delete p2;                 // 会调用析构函数

四、底层机制差异

项目	malloc/free	new/delete
底层函数	通常调用 brk/sbrk 或 mmap 等	底层依赖于 operator new()，最终可能也是 malloc
自定义重载	无法重载 malloc/free	可以通过重载 operator new/delete 实现
内存对齐	平台相关（现代实现如 jemalloc 会处理）	C++ 编译器一般会处理好对齐问题

五、何时使用哪种

场景	建议使用	原因
面向对象编程	new/delete	自动调用构造/析构，类型安全
C 风格代码/底层内存池	malloc/free	更加灵活，可以与 memcpy/realloc 等结合使用
STL 容器内部分配	new/delete	STL 默认使用 allocator，底层使用 ::operator new
自定义内存管理器	malloc/free 或更底层	可直接操作字节，对象语义无关
希望处理失败情况	new (nothrow) 或检查 malloc 返回值	分别适用于异常/非异常

六、placement new

placement new 是 C++ 中的一种 内存构造技术，允许在指定的内存地址上构造对象，而不是通过 new 自动分配内存再构造对象。

普通 new：

T* p = new T(args); // 分配内存 + 调用构造函数

placement new：

void* buffer = malloc(sizeof(T));  // 你手动分配了内存
T* p = new (buffer) T(args);       // 在指定内存上“就地构造”对象

关键点：new (地址) 类型 是 placement new 的语法，它只做“构造”，不会分配内存。

适用场景

• 内存池（memory pool）
• 对象重用（避免频繁 new/delete）
• 嵌入式开发（精细控制内存）
• 需要在某块预分配的内存中构造对象

特性	普通 new	placement new
内存分配	✅ 自动分配	❌ 你自己分配
构造函数调用	✅ 自动调用	✅ 自动调用
析构函数调用	✅ 自动调用（在 delete 时）	❌ 需手动调用
用途	一般对象创建	自定义内存管理、内存池等高级用途