C++ 内存管理：深入理解 new、malloc、delete 和 free

引言

在 C++ 中，内存管理是一个非常重要的主题。正确使用动态内存分配和释放工具（如 new、malloc、delete 和 free）可以避免内存泄漏和程序崩溃。本文将深入探讨这些工具的区别，并介绍池化计数技术。

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1. new 与 malloc 在动态申请内置类型与自定义类型的区别

1.1 内置类型

new：

• new 是 C++ 的关键字，用于动态分配内存并返回指向该内存的指针。
• 对于内置类型（如 int、double），new 会调用构造函数（如果有）并初始化内存。
• 示例：

int* p = new int(10); // 分配内存并初始化为 10

malloc：

• malloc 是 C 标准库函数，用于分配指定大小的内存块。
• 对于内置类型，malloc 只分配内存，不会初始化。
• 示例：

int* p = (int*)malloc(sizeof(int)); // 分配内存，未初始化

1.2 自定义类型

new：

• 对于自定义类型（如类或结构体），new 不仅分配内存，还会调用构造函数。
• 示例：

class MyClass {
public:
    MyClass() { std::cout << "Constructor called!" << std::endl; }
};
MyClass* obj = new MyClass(); // 分配内存并调用构造函数

malloc：

• malloc 只分配内存，不会调用构造函数。
• 示例：

MyClass* obj = (MyClass*)malloc(sizeof(MyClass)); // 分配内存，未调用构造函数

2. 池化

2.1 什么是池化？

池化计数（Pooling）是一种内存管理技术，通过预先分配一大块内存（内存池），然后在需要时从池中分配小块内存，减少频繁调用系统内存分配函数的开销。

2.2 池化的优点

• 性能提升：减少内存分配和释放的开销。
• 内存碎片减少：通过集中管理内存，减少内存碎片。
• 适用于高频内存操作场景：如游戏开发、网络服务器等。

class MemoryPool {
public:
    MemoryPool(size_t blockSize, size_t blockCount) {
        pool = malloc(blockSize * blockCount); // 预分配内存池
    }

    void* allocate(size_t size) {
        // 从内存池中分配内存
        void* ptr = /* 从池中分配的逻辑 */;
        return ptr;
    }

    void deallocate(void* ptr) {
        // 将内存归还到池中
    }

    ~MemoryPool() {
        free(pool); // 释放内存池
    }

private:
    void* pool;
};

3. new 与 malloc 的区别，delete 与 free 的区别

3.1 new 与 malloc 的区别

特性	new	malloc
语言	C++ 关键字	C 标准库函数
内存分配	分配内存并调用构造函数	只分配内存，不调用构造函数
返回值	返回具体类型指针	返回 void*，需要强制类型转换
失败处理	抛出 std::bad_alloc 异常	返回 NULL
内存大小	自动计算所需内存大小	需要手动计算内存大小

3.2 delete 与 free 的区别

特性	delete	free
语言	C++ 关键字	C 标准库函数
内存释放	调用析构函数并释放内存	只释放内存，不调用析构函数
适用对象	适用于 new 分配的内存	适用于 malloc 分配的内存
错误处理	对空指针安全	对空指针安全

3.3 示例对比

// 使用 new 和 delete
int* p1 = new int(10);
delete p1;

// 使用 malloc 和 free
int* p2 = (int*)malloc(sizeof(int));
free(p2);

总结

• new 和 malloc 的主要区别在于是否调用构造函数以及语言特性。
• delete 和 free 的主要区别在于是否调用析构函数。
• 池化计数是一种高效的内存管理技术，适用于高频内存操作场景。