New和Malloc的區別

一、New和Malloc的作用

New和Malloc都是動態內存分配的函數，可以在程序運行時為變數動態分配內存。

New是C++的標準運算符，它為對象動態分配內存，並調用構造函數初始化對象。在分配內存時，不需要指定內存空間大小，因為編譯器會通過類型推斷自動計算內存大小。

Malloc是C語言的標準函數，它允許程序在運行時為變數分配內存。在分配內存時需要指定內存空間大小，也就是分配的位元組數。

// New的示例代碼
#include

using namespace std;

int main() {
    int *p = new int;
    *p = 10;
    cout << *p << endl;
    delete p;
    return 0;
}

// Malloc的示例代碼
#include 
#include 

int main() {
  int *p = (int*)malloc(sizeof(int));
  *p = 10;
  printf("%d\n", *p);
  free(p);
  return 0;
}

二、New和Malloc的實現方式

New和Malloc的實現方式不同。

New是調用operator new函數來實現動態內存分配。當執行new操作時，編譯器首先調用operator new函數來分配內存，然後才調用構造函數來初始化對象。用戶可以重載operator new來改變內存分配策略。

Malloc是調用操作系統提供的動態內存分配函數來實現的。操作系統為Malloc分配的內存會放在內存堆中，由程序員負責管理。Malloc分配的內存空間可以通過free釋放掉。

// operator new的示例代碼
#include

using namespace std;

void* operator new(size_t n)
{
    cout << "Allocating " << n << " bytes." << endl;
    void* p = malloc(n);
    return p;
}

void operator delete(void* p)
{
    cout << "Deallocating memory." << endl;
    free(p);
}

class Student {
public:
    Student() {
        cout << "Constructing Student object." << endl;
    }

    ~Student() {
        cout << "Destructing Student object." << endl;
    }
};

int main() {
    Student* pStu = new Student;
    delete pStu;
 
    return 0;
}

三、New和Malloc的錯誤處理

New和Malloc的錯誤處理方式也不同。

New在分配內存失敗時，會拋出std::bad_alloc異常。程序員可以通過捕獲這個異常來處理分配內存失敗的情況，也可以選擇不處理，讓程序崩潰。

而Malloc在分配內存失敗時，返回NULL指針。程序員需要在分配內存操作後檢查返回值是否為NULL，如果是，說明內存分配失敗。

// std::bad_alloc的示例代碼
#include
#include

using namespace std;

int main() {
    try {
        int* p = new int[1000000000000000];
    }
    catch (bad_alloc& e) {
        cout << "Allocation failed: " << e.what() << endl;
    }
    return 0;
}

// Malloc返回NULL指針的示例代碼
#include 
#include 

int main() {
  int *p = (int*)malloc(sizeof(int)*1000000000000000);
  if(p == NULL) {
    printf("Allocation failed\n");
    exit(1);
  }
  free(p);
  return 0;
}

四、New和Malloc的適用場景

New和Malloc適用於不同的場景。

New適用於C++中對象的動態分配，可以自動調用構造函數初始化對象。

而Malloc適用於C語言中變數的動態分配，不會調用構造函數，程序員需要手動初始化變數。Malloc還適用於內存池的實現，因為它可以在堆中分配一段連續的內存空間。

// 適用New的示例代碼
#include
using namespace std;

class Person {
    public:
        Person(int age) : m_age(age) {
        }

        void printAge() {
            cout << "Age: " << m_age <printAge();
    delete p;
    return 0;
}

// 適用Malloc的示例代碼
#include
#include

struct Student {
    int id;
    int age;
};

int main() {
    // 手動初始化
    struct Student* pStu = (struct Student*)malloc(sizeof(struct Student));
    pStu->id = 1;
    pStu->age = 20;

    printf("id: %d, age: %d\n", pStu->id, pStu->age);

    free(pStu);
    return 0;
}

五、New和Malloc的內存對齊

New和Malloc在分配內存時都要考慮內存對齊的問題。

C++中的new運算符會保證分配的內存空間滿足所分配類型的對齊要求。例如，如果分配一個int類型的內存空間，那麼它的起始地址必定是4的倍數。

而C語言的malloc函數則需要手動指定分配的內存空間大小，也需要手動保證內存對齊。

// New的內存對齊示例代碼
#include
using namespace std;

class Student {
    public:
        Student(int age) : m_age(age) {
        }

        void printAge() {
            cout << "Age: " << m_age << endl;
        }

    private:
        int m_age;
};

int main() {
    Student* p = new Student(20);
    cout << "sizeof(Student): " << sizeof(Student) << endl;
    cout << "p address: " << p << endl;
    delete p;
    return 0;
}

// Malloc的內存對齊示例代碼
#include
#include

int main() {
    // 分配8位元組內存，但只使用了4位元組
    int* p = (int*)malloc(sizeof(int));
    
    // 輸出指針地址，和所佔位元組數
    printf("p address: %p, size: %u\n", p, sizeof(*p));
    free(p);
    return 0;
}