比较C++的内存分配与管理方式new/delete与C语言中的malloc/realloc/calloc/free。

2023 年 12 月 01 日

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C++和C语言在内存分配和管理方面提供了各自的机制。C++通过 new和 delete运算符提供了一种面向对象的方法来分配和释放动态内存，而C使用的是库函数 malloc, realloc, calloc和 free。

new运算符在C++中用于分配内存。与C语言中的 malloc不同，new不仅分配内存，还会调用对象的构造函数（如果有的话）进行初始化。这确保了对象得到了适当的设置。例如，当创建一个C++类的实例时，使用 new可以自动触发构造函数，设定类成员的初始状态。释放由 new分配的内存时，需要使用与之对应的运算符 delete，这个运算符会自动调用对象的析构函数，然后释放内存。在 new失败时，它会抛出一个类型为 std::bad_alloc的异常。

delete运算符能够处理单个对象和对象数组的释放，当删除对象数组时，必须使用 delete[]语法来确保为数组中的每个对象调用析构函数。对于单个对象，delete足以正确地进行内存释放和资源回收。

malloc函数是C语言标准库提供的一个函数，它仅分配指定大小的内存块，不负责初始化内存。malloc在不能成功分配内存时，返回 NULL指针而不是抛出异常。释放使用 malloc获得的内存，需要使用 free函数。free函数不调用对象的析构函数，因为C语言没有析构的概念。

calloc函数与 malloc功能类似，但它在分配内存后会初始化内存区域，将所有位设置为0。这对于某些情况下需要初始化的数据尤其有用。另一个函数 realloc可以改变先前使用 malloc或 calloc分配的内存块的大小，如果需要，它可能会将内存块移动到新的位置。

C++的 new和 delete与C的 malloc,free,realloc和 calloc比较如下：

类型安全性：C++的 new是类型安全的，能够返回正确的类型指针，而C的内存分配函数返回 void*，需要类型转换。
构造和析构：new会自动调用构造函数，而 delete会调用析构函数。C的内存分配函数不处理对象的构造和析构。
异常处理：在C++中，new会在内存分配失败时抛出异常。C语言的内存分配函数在失败时返回 NULL。
内存初始化：calloc会初始化内存为零，而 new不保证内存内容，但可以通过值初始化（new int()）进行初始化。malloc和 realloc也不保证内存内容。
扩展性：C的 realloc可以调整已分配内存的大小，C++没有直接的等价功能，修改内存大小通常需要手动实现，可能涉及到分配新内存，拷贝旧数据后释放旧内存。
内存对齐：C++的 new通常保证更好的内存对齐，适合对象所需的对齐要求。

在实用性方面，C++的内存管理方式提供了面向对象的特性，它是处理构造和析构、需要类型安全和异常处理的首选方案。而C语言的内存管理函数适用于简单的内存分配，例如分配原始内存块或复杂性较低的数据结构，没有构造和析构的要求。当从C迁移到C++，或在C++中使用C代码时，了解两种内存管理方式的差异非常重要。