C++ new/delete和malloc/free的区别（面试总结）

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性质

malloc/free 是C语言中的标准库函数，用于动态内存管理；
new/delete 是C++中的操作符，底层调用了 malloc/free。

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分配方式

malloc、free

1. int* arr = (int*)malloc(10 * sizeof(int)); // 分配
2. free(arr); // 释放

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代码含义：

• 动态分配了一块连续内存，用于存储10个 int 范例的整数；
  
• 10 * sizeof(int)：分配巨细为 10 * 4 ( int范例字节数) = 40字节；
  
• (int*)malloc ： malloc返回范例是void*，通过(int*)逼迫转换成int*范例指针；
  
• free(arr)： 释放malloc分配的内存，arr变成悬空指针，释放后的内存不可以再访问。
  

new、delete

1. int* val = new int(42);    // 分配并初始化
2. delete val;                // 释放

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代码含义：

• new int(42)：主动计算范例巨细(不必要sizeof)，分配巨细为 42 * 4 = 168字节；
  
• 返回 int*范例的指针；
  

特性malloc/freenew/delete范例安全返回void*，需逼迫转换返回该范例对象的指针内存巨细手动计算主动分配

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内存区域

malloc函数从堆上分配内存，而new在自由存储区（free store）上分配内存。
无论是使用 ​​malloc​ 还是 ​​new​​，内存分配初始都在​​虚拟内存上​​，​​物理内存的分配是延迟的​​（由操作体系的​​按需分页机制​​控制）

• 如果直接使用物理内存，内存管理会变得复杂低效；
  
• 虚拟内存是操作体系为每个进程提供的抽象内存空间，独立于物理内存，进程看到的地点是虚拟地点，必要通过硬件和页表来转换为物理地点；
  1.每个进程拥有独立的虚拟地点空间，互不干扰，
  2.虚拟地点空间连续，物理内存是可以离散的，
  3.通过分页和交换技术，虚拟内存可以大于物理内存，
  4.物理内存分配是延迟的，只有当程序首次访问这块内存，内核才会分配物理内存。
  
• malloc 和 new ​​只操作虚拟内存​​，物理内存的分配由操作体系在​​首次访问内存时，通过缺页异常触发。​​
  

malloc 举动
仅分配虚拟内存，不触发物理内存分配，首次访问内存（写入或读取）时才分配物理内存。

1. int* arr = (int*)malloc(1024 * sizeof(int));  // 仅虚拟内存分配
2. arr[0] = 10;  // 首次写入触发缺页异常，分配物理内存

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new 举动
为对象分配虚拟内存地点，并调用构造函数，构造函数初始化内容可能隐含首次内存访问，从而间接触发物理分配。

1. class MyClass {
2. public:
3.     int data;
4.     MyClass() { data = 42; }  // 写入data操作触发缺页异常，分配物理内存
5. };
6. MyClass* obj = new MyClass(); // 物理内存在构造函数执行时分配

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1. class MyClass {
2. public:
3.     int data;  // 未初始化
4.     MyClass() {}  // 无内存访问
5. };
6. MyClass* obj = new MyClass(); // 物理内存未分配，直到后续访问obj->data

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底层实现

malloc/free
仅管理内存，不涉及构造/析构函数的调用
分配空间重要有两种方式（brk，mmap）

• 小内存分配（通常小于128KB）：
  在堆上分配虚拟连续的内存区域，释放时，内存块被标志为空闲，并不会立刻归还给操作体系，而是加入空闲链表（供后续 malloc 重用），分配速度快，但是会导致内存碎片化。
  
• ​大内存分配​（大于128KB）：
  使用 mmap 直接在进程的虚拟地点空间中常见独立的内存映射，释放时整个映射区立即归还给体系，避免了碎片化，但是开销比力大。
  

new/delete
new 和 delete 都是 C++ 的关键字，new 的举动分为 内存分配 和 对象构造 两部，delete 的举动分为 ​对象析构​​ 和 ​​内存释放​​ 两步。
new：
1.operate new（起首调用全局的 operator new 函数分配内存，默认实现基于 malloc）；
2.申请充足的空间；
3.调用构造函数，初始化变量。
delete：
1.调用析构函数；
2.operate delete（默认实现调用 free）；
3.释放空间。

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失败处置惩罚

malloc 在内存分配失败时返回 NULL，需手动查抄返回值。
必须显式查抄返回值，并且无异常机制，完全依赖流程控制。
new 在内存分配失败时抛出异常（std::bad_alloc）​​
异常机制主动流传错误，适合面向对象和复杂场景，如果构造函数抛出异常，已分配的内存会被主动释放。

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重载能力

malloc/free 是C语言标准库的预定义函数，在链接时绑定到标准库实现，没法通过语言特性直接替换它们。
而 new/delete 可以通过重载 operator new 和 operator delete 来自定义动态内存分配和释放的举动。

1. class MyClass {
2. public:
3.     // 重载类的数组 new[]
4.     static void* operator new[](size_t size) {
5.         std::cout << "类内 new[]: 分配数组 " << size << " 字节\n";
6.         void* p = malloc(size);
7.         if (!p) throw std::bad_alloc();
8.         return p;
9.     }
11.     // 重载类的数组 delete[]
12.     static void operator delete[](void* p) noexcept {
13.         std::cout << "类内 delete[]: 释放数组内存\n";
14.         free(p);
15.     }
16. };
18. int main() {
19.     MyClass* arr = new MyClass[5]; // 触发类的 operator new[]
20.     delete[] arr;                  // 触发类的 operator delete[]
21.     return 0;
22. }

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小结

本文重要从分配方式、内存存储、失败处置惩罚以及重载能力几个方面介绍了 malloc/free 和 new/delete 的区别，希望能对你有资助！