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new/delete 和 malloc/free 区别

news 2025/8/30 8:03:06

new/delete 和 malloc/free 最根本的区别在于：
new/delete 是 C++ 的运算符，而 malloc/free 是 C 语言的标准库函数。这个根本差异导致了它们在行为和使用上的一系列重要区别。

下面我们从多个维度进行详细对比。

核心差异总结表

特性	`new` / `delete`	`malloc()` / `free()`
语言	C++ 运算符	C 库函数 (`<cstdlib>`)
内存来源	自由存储区 (Free Store)	堆 (Heap)
构造函数/析构函数	会调用	不会调用
返回值类型	返回确切类型指针 (如 `MyClass*`)	返回 *`void`** (需要强制转换)
分配失败行为	抛出 `std::bad_alloc` 异常	返回 `NULL`
计算内存大小	编译器自动计算	程序员手动计算 (使用 `sizeof`)
重载	可以为自定义类重载	不可以重载
初始化	可使用 `new Type()` 进行值初始化	只能分配未初始化的内存
数组处理	有专门的 `new[]` 和 `delete[]`	需要手动计算数组大小，统一用 `free` 释放
类型安全	类型安全	类型不安全 (需要 void* 转换)

详细分解与示例

1. 构造与析构的调用 (最关键的差异)

这是两者最本质的区别，直接关系到 C++ 的对象生命周期管理。

new：
1. 分配足够大小的内存。
2. 调用类的构造函数在该内存上初始化对象。
delete：
1. 调用类的析构函数清理对象管理的资源。
2. 释放该对象所占用的内存。
malloc：仅仅分配一块指定大小的原始内存，不会调用构造函数。你得到的是一个“空壳”。
free：仅仅释放之前分配的内存块，不会调用析构函数。如果对象内部管理着资源（如动态内存、文件句柄），会导致资源泄漏。

示例：

cpp

class MyClass {
public:MyClass()  { std::cout << "Constructor called\n"; data = new int[100]; }~MyClass() { std::cout << "Destructor called\n"; delete[] data; }
private:int* data;
};int main() {// 使用 new/deleteMyClass* obj1 = new MyClass; // 输出: Constructor calleddelete obj1;                 // 输出: Destructor called (资源被正确清理)// 使用 malloc/freeMyClass* obj2 = (MyClass*)malloc(sizeof(MyClass)); // 只分配内存，无输出// obj2 指向的内存是未初始化的，访问其成员是未定义行为free(obj2); // 只释放内存，无输出。~MyClass() 未被调用，导致 data 指向的 100 个 int 内存泄漏！return 0;
}

2. 返回类型与类型安全

new：返回的是与所分配类型严格匹配的指针（例如 new int 返回 int*）。这是类型安全的。
malloc：返回的是 void*，必须由程序员进行强制类型转换才能使用。如果转换错误，编译器可能无法发现，这是类型不安全的。

示例：

cpp

// new - 类型安全
int* p1 = new int; // 正确
// double* p2 = new int; // 错误：无法从 int* 转换到 double*// malloc - 类型不安全
int* p3 = (int*)malloc(sizeof(int)); // 需要强制转换，容易写错
double* p4 = (double*)malloc(sizeof(int)); // 编译通过，但逻辑错误！运行时行为未定义。

3. 分配失败的处理

new：在内存分配失败时，默认会抛出 std::bad_alloc 异常。你可以使用 std::nothrow 版本来让其返回 nullptr。
cpp

try {int* p = new int[10000000000LL]; // 可能分配失败
} catch (const std::bad_alloc& e) {std::cerr << "Memory allocation failed: " << e.what() << '\n';
}// 使用 nothrow 版本
int* p = new (std::nothrow) int[10000000000LL];
if (p == nullptr) {// 处理分配失败
}

malloc：在内存分配失败时，直接返回 NULL（或 nullptr in C++11+）。你需要检查返回值。
cpp

int* p = (int*)malloc(10000000000LL * sizeof(int));
if (p == NULL) {// 处理分配失败
}

4. 内存大小计算

new：编译器自动计算所需内存的大小。你只需要指定类型，不需要 sizeof。
malloc：程序员必须手动计算所需内存的字节数，使用 sizeof 运算符。

示例：

cpp

// new - 简洁，不易错
MyClass* p1 = new MyClass;
MyClass* pArray = new MyClass[10]; // 分配 10 个对象的数组// malloc - 繁琐，易错
MyClass* p2 = (MyClass*)malloc(sizeof(MyClass)); // 必须用 sizeof
MyClass* pArray2 = (MyClass*)malloc(10 * sizeof(MyClass)); // 必须计算总大小
// 如果 MyClass 有自定义对齐要求，malloc 可能无法满足，而 new 可以。

5. 重载

new/delete：可以针对自定义类进行重载，实现自定义的内存管理策略（例如使用内存池）。
malloc/free：不能被重载。

示例：

cpp

class MyClass {
public:void* operator new(size_t size) {std::cout << "Custom new for size: " << size << '\n';return ::operator new(size); // 调用全局的 new}void operator delete(void* ptr) {std::cout << "Custom delete\n";::operator delete(ptr); // 调用全局的 delete}
};int main() {MyClass* obj = new MyClass; // 输出: Custom new for size: 1delete obj;                 // 输出: Custom delete
}

结论与建议

场景	推荐使用
C++ 中分配单个对象	`new`
C++ 中分配对象数组	`new[]`
C++ 中释放对象	`delete`
C++ 中释放对象数组	`delete[]`
C 语言编程	`malloc` / `free`
分配原始内存（与 C 接口交互）	`malloc` / `free`
实现自定义内存分配器	重载 `operator new` / `operator delete`