malloc，free，new，delete解析（原）

    使用C/C++的苦逼娃们经常深陷内存越界错误，资源泄漏错误等等问题，而且这样的惨剧每时每刻都在这个世界上重复的发生着。其实，我也是苦逼娃！也为了个神马越界的东西debug了整个下午过，为此也想砸电脑过。最后想想，其实不是C/C++苦逼，是我们的不小心而造成如此的苦逼。罪过，罪过。。。

    在C语言库中，提供了这么两个函数，malloc和free，分别用于执行动态内存分配和释放。两个函数的声明如下：

void* malloc(size_t size);
void free(void *pointer);

    从外观上看,malloc函数的参数是接受需要分配的内存字节数，如果内存能够满足请求量，那么将会返回：指向被分配的内存块起始位置的指针（引用自《C和指针》中的表述）。而且，这块内存是一块连续的内存。够爽吧！如果分配不成功的话，那么就返回null指针。例如：

struct Node
{
    data_type value;
    struct Node *pre_node;
    struct Node *next_node;
};

typedef struct Node *List;

List newnode = NULL;

newnode = (List)malloc(sizeof(struct Node));  // 分配了Node的空间,返回了相应的指针

if (!newnode)                                // 为了防止空指针的存在，要检查是否分配成功
{
    printf("内存分配不成功！\n");
    exit(1);
}

    在这里，我们又一次看到了void指针的功效。对于不同类型的指针转换，void指针都能应付自如，更重要的是，我们不用为每种类型都特化一个内存分配版本。这个会累死的。还有，对于分配出来的指针，我们要检查它是否为空，这是为什吗？因为，对于空指针的操作将会带来未知的错误，所以错误摁在萌芽阶段是我们的义务和责任。

    内存的东西，向来都是要有借有还。有malloc就会有free。free函数的作用就是负责释放申请来的内存的。这个指向释放的内存指针是有讲究的，你不能释放申请来的一小部分的区域。例如：

int *pi;

pi = (int *)malloc(sizeof(int)*10);

free(pi + 5);    // 这里就苦逼了！

    其次，较为常见失误在于，我们对申请的内存指针进行操作，操作完之后，对其进行释放。此时，释放不成功的原理和上面这个例子一样，释放了部分的内存，而不是释放全部内存。一般的做法是设一个临时变量保存malloc来的指针，在释放的时候，就释放这个指针所以的内存区域，这样就不会出错了。

    关于内存越界，这是一个很普遍的问题。这个只能你去亲自把握，记清楚你申请了多少，其边界在哪里，不要出错就埋怨电脑。

    说了malloc和free，那就进入今天的主题new和delete了。

    想必我们都写过这样的代码吧。

string *str = new string("memory alloc!");

    我们都知道new在堆上创建了一个string类型对象，这个看似一个动作的事情却暗地包含了三件事：获得一块内存空间、调用构造函数、返回正确的指针。相当于下面：

void *pstr = operator new(sizeof(string));
new(pstr) string("memory alloc!");
string *str = static_cast<string*>(pstr);

    你应该会心里犯嘀咕，卧槽，怎么出现了这么多的环节。其实呢，new可分为这么三种情形：new operator（我们平常用的new）， operator new（用来分配内存的），placement new（构造对象的）。当然，你要用placement new的时候，你要加入<new>的头函数。

    ⑴ new operator

    new operator的第一步分配内存实际上是通过调用operator new来完成的，这里的new是可以重载的。operator new默认情况下首先调用分配内存的代码，尝试得到一段堆上的空间，如果成功就返回，如果失败，则转而去调用一个new_hander，然后继续重复前面过程。

#include <iostream>
using namespace std;

class MyClass {
private:

public:
    MyClass() { };

    void* operator new(size_t size)
    {
        cout << "调用了operator new" << endl;
        return ::operator new(size);
    }
};

int main()
{
    MyClass *a = new MyClass();
    return 0;
}

    运行的结果如下：

    相应的，delete也有delete operator和operator delete之分，后者也是可以重载的。并且，如果重载了operator new，就应该也相应的重载operator delete。

⑵ placement new

    placement new的作用是用来实现定位构造对象，可以说相当于new operator三步操作中的第二步，也就是在取得了一块可以容纳指定类型对象的内存后，在这块内存上构造一个对象。其用法：

void construct(pointer __p, const _Tp& __val) { new(__p) _Tp(__val); }

    其格式是这样的：new（指针指向的内存地址） 类型（值）。对照格式，可以这么说是在__p上构造一个_Tp类型的，值为__val。

    如果是像上面那样在栈上使用了placement new，则必须手工调用析构函数：

void destroy(pointer __p) { __p->~_Tp(); }

    当觉得默认的new operator对内存的管理不能满足我们的需求，我们可以自己手工打造内存管理，此时的placement new就相当有用了。以上两段代码源于sgi stl的alloc中，就说明问题了。

⑶ new operator 和 operator new 的取舍

    两个关键词很容易让人迷糊，两者又都是骨肉相连的状态，取舍有点不易。对于取舍的评判，我挪用了《more effective C++》中的观点：“如果你想产生对象在heap上，那么就用new operator，它不但分配内存，而且为该对象调用了构造函数；如果你只打算分配内存，那么就用operator new ，只分配内存，其余的事情都没做。当然，使用operator new 后续的对象构造也要跟上，不然但分配内存也就没有意义了。”

    总结，在这篇文章中，介绍了malloc，free，new，delete的使用和一些心得体会。当然，还有许多的内容没有做相应的介绍，比如new_handle等内容。抱歉，抱歉！

    关于内存分配的问题，你还可以参考：内存分配机制。这篇文章介绍了C/C++内存分配的知识。

参考文献

1. 《C语言程序设计》

2. 《C和指针》

3. 《C专家编程》

4. 《more effective C++》

5. 《STL源码解析》