C++ 中自主内存管理 new/delete 与 malloc/free 完全详解

C++ 中 new/delete 与 malloc/free 完全详解

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一、new/delete 与 malloc/free 的区别

特性	new/delete	malloc/free
属于	C++语言	C语言
申请的内存区	堆（Heap）	堆（Heap）
返回类型	指向对象类型的指针（自动转换）	void*，需手动强制转换类型
是否调用构造函数	是（调用构造函数）	否（只分配内存，不调用构造函数）
是否调用析构函数	是（调用析构函数）	否
申请失败	抛出异常（std::bad_alloc）	返回 NULL

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二、详细解释

1. malloc/free（C语言风格）

• malloc(size_t size)：申请一块连续的内存区域，大小为 size 字节。
• 返回 void*，需要强制类型转换成需要的指针类型。
• 不会调用对象的构造函数，只是单纯分配内存。
• free(void* ptr)：释放由 malloc 分配的内存，不调用析构函数。

使用场景：

• 兼容 C 的项目
• 只需要原始内存、不需要对象初始化时

2. new/delete（C++风格）

• new Type(args)：分配内存 + 调用构造函数。
• delete ptr：调用析构函数 + 释放内存。
• 可以分配单个对象，也可以分配数组对象（new Type[n]）。

使用场景：

• 需要构造和析构管理的 C++ 对象
• 更安全、更易用，符合 C++ RAII 风格

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三、常见使用示例

1. malloc/free 示例

#include <cstdlib>  // for malloc/free
#include <iostream>

struct MyStruct {
    int x;
    float y;
};

int main() {
    // malloc 分配内存
    MyStruct* p = (MyStruct*)malloc(sizeof(MyStruct));
    if (p == nullptr) {
        std::cerr << "Memory allocation failed!" << std::endl;
        return 1;
    }

    // 手动初始化
    p->x = 10;
    p->y = 3.14f;

    std::cout << "x = " << p->x << ", y = " << p->y << std::endl;

    // free 释放内存
    free(p);

    return 0;
}

2. new/delete 示例

#include <iostream>

struct MyStruct {
    int x;
    float y;

    // 构造函数
    MyStruct(int a, float b) : x(a), y(b) {
        std::cout << "Constructor called!" << std::endl;
    }

    // 析构函数
    ~MyStruct() {
        std::cout << "Destructor called!" << std::endl;
    }
};

int main() {
    // new 分配并调用构造函数
    MyStruct* p = new MyStruct(10, 3.14f);

    std::cout << "x = " << p->x << ", y = " << p->y << std::endl;

    // delete 调用析构函数并释放
    delete p;

    return 0;
}

3. new/delete[]（数组版本）

#include <iostream>

int main() {
    // 分配一个数组
    int* arr = new int[5];

    for (int i = 0; i < 5; ++i)
        arr[i] = i * 10;

    for (int i = 0; i < 5; ++i)
        std::cout << arr[i] << " ";
    std::cout << std::endl;

    // 必须使用 delete[] !!!
    delete[] arr;

    return 0;
}

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四、注意事项总结（超级重要）

项目	说明
1	new 和 delete 要成对使用
2	new[] 和 delete[] 要成对使用 （不是 delete！！！）
3	不要混用 malloc 和 delete，或 new 和 free （严重错误！）
4	避免内存泄漏：申请的内存必须释放，否则内存泄漏
5	申请后立即检查返回值 ：malloc 返回 NULL，new 可以捕捉异常
6	构造/析构问题 ：malloc 不负责对象构造，new 是
7	自定义 new/delete ：可以通过重载 operator new / operator delete 控制内存分配策略（如内存池优化）
8	异常安全 ：尽量使用智能指针（如 std::unique_ptr、std::shared_ptr）避免手动管理内存错误

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五、常见错误示例

// 错误示例1：malloc分配，用delete释放
int* p = (int*)malloc(sizeof(int));
delete p;  // ❌ 错，应使用 free(p);

// 错误示例2：new分配，用free释放
int* q = new int(5);
free(q);  // ❌ 错，应使用 delete q;

// 错误示例3：new[]配delete
int* arr = new int[10];
delete arr;  // ❌ 错，应使用 delete[] arr;

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小结

malloc/free	new/delete
只分配/释放内存，不调用构造析构函数	分配内存并调用构造/析构函数
返回 void*	返回对应类型的指针
C 风格	C++ 风格
适合简单内存申请（不需要对象管理）	适合对象创建与销毁（有构造析构过程）