new与malloc的区别以及实现方法
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谁喷了榴莲味的香水
2025-06-20 16:41:34
内存分配都在堆上进行。new和malloc关于自由存储区的说法有所不同，new可能分配在自由存储区，而自由存储区可以是堆也可以不是，这取决于new内部的实现。操作系统在堆上维护一个空闲内存链表，当需要分配内存时，会查找这个链表，找到一块大于所需内存的区域，分配内存并将剩余的内存空间返还到空闲链表上（如果有剩余的话）。
new/delete和malloc/free之间的区别有哪些？
1. malloc和free是库函数，而new和delete是C++操作符；
2. new自动计算所需空间大小，例如“int *a = new”，而malloc需要指定大小，例如“int *a = malloc(sizeof(int))”；
3. new在动态分配内存时可以初始化对象，调用其构造函数，delete在释放内存时调用对象的析构函数。而malloc只分配一段给定大小的内存，并返回该内存首地址指针，如果失败，返回NULL；
4. new是C++操作符，是关键字，而operator new是C++库函数；
5. operator new/operator delete可以重载，而malloc不能；
6. new可以调用malloc来实现，但是malloc不能调用new来实现；
7. 对于数据，C++定义new[]专门进行动态数组分配，用delete[]进行销毁。new[]会一次分配内存，然后多次调用构造函数；delete[]会先多次调用析构函数，然后一次性释放；
8. malloc能够直观地重新分配内存。
使用malloc分配内存后，如果在使用过程中发现内存不足，可以使用realloc函数进行内存重新分配实现内存的扩充。realloc先判断当前的指针所指内存是否有足够的连续空间，如果有，原地扩大可分配的内存地址，并返回原来的地址指针；如果空间不够，先按照新指定的大小分配空间，将原有数据从头到尾拷贝到新分配的内存区域，然后释放原来的内存区域。
new没有这样直观的配套设施来扩充内存。
new和malloc内部实现的区别是什么？
new的实现分为两步：1. 调用operator new()分配内存，如果内存不足则失败并抛出异常；2. 如果需要的话，在那段内存上初始化对象（赋值或调用构造函数），这是由编译器根据代码来控制的。
因此，new和malloc检查是否正确分配的方法不同。为了照顾原来习惯的程序员，C++可以通过nothrow关键字来实现new不抛异常而返回NULL。
malloc的实现是从网上参考多篇文献，自己编写的一个版本。虽然未经测试，但应该能够说明malloc的原理。
系统为堆区保存了两个指针，一个指向堆的首地址，一个指向堆的尾地址。系统通过结构体mem_control_block将整个堆区分成一个个块，每个块都以这样一个结构体开头，结构体里维护了块的大小。malloc分配内存时，从第一个块开始遍历，如果找到的块已被使用，则找下一个块。如果找到的块比所需的小，则继续找下一个块，直到找到比我需要大于等于的块。然后将该块mem_control_block中的标志位设置为已使用，如果块有剩余的空间，就将剩余的空间添加一个mem_control_block变成一个新块。如果遍历了整个堆空间都没有找到合适的块，则调用sbrk函数扩大堆的范围。
通过上面的代码可以知道，当我们调用malloc分配n个字节的空间时，实际上占用了n + sizeof(mem_control_block)个字节的空间。但是返回的地址是紧跟结构体mem_control_block后面的第一个地址。那么聪明的你应该已经猜到了free是如何释放内存的。没错，就是把指针往回倒个sizeof(mem_control_block)的距离，然后设置标志位为可用。为了减少内存碎片，会查找前面一个块和后面一个块，如果有空闲块就合并为一个。
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