new和malloc的剖析

一、malloc()函數
1.1 malloc的全稱是memory allocation，中文叫動態內存分配。
原型：extern void *malloc(unsigned int num_bytes);
說明：分配長度爲num_bytes字節的內存塊。如果分配成功則返回指向被分配內存的指針，分配失敗返回空指針NULL。當內存不再使用時，應使用free()函數將內存塊釋放。
1.2 void *malloc(int size);
說明：malloc 向系統申請分配指定size個字節的內存空間，返回類型是 void* 類型。void* 表示未確定類型的指針。C,C++規定，void* 類型可以強制轉換爲任何其它類型的指針。 　　
備註：void* 表示未確定類型的指針，更明確的說是指申請內存空間時還不知道用戶是用這段空間來存儲什麼類型的數據（比如是char還是int或者…）
1.3 free
void free(void *FirstByte)： 該函數是將之前用malloc分配的空間還給程序或者是操作系統，也就是釋放了這塊內存，讓它重新得到自由。
1.4注意事項
1）申請了內存空間後，必須檢查是否分配成功。
2）當不需要再使用申請的內存時，記得釋放；釋放後應該把指向這塊內存的指針指向NULL，防止程序後面不小心使用了它。
3）這兩個函數應該是配對。如果申請後不釋放就是內存泄露；如果無故釋放那就是什麼也沒有做。釋放只能一次，如果釋放兩次及兩次以上會出現錯誤（釋放空指針例外，釋放空指針其實也等於啥也沒做，所以釋放空指針釋放多少次都沒有問題）。
4）雖然malloc()函數的類型是(void ),任何類型的指針都可以轉換成(void ),但是最好還是在前面進行強制類型轉換，因爲這樣可以躲過一些編譯器的檢查。
1.5 malloc()到底從哪裏得到了內存空間？
答案是從堆裏面獲得空間。也就是說函數返回的指針是指向堆裏面的一塊內存。操作系統中有一個記錄空閒內存地址的鏈表。當操作系統收到程序的申請時，就會遍歷該鏈表，然後就尋找第一個空間大於所申請空間的堆結點，然後就將該結點從空閒結點鏈表中刪除，並將該結點的空間分配給程序。
二、 new運算符
2.1 C++中，用new和delete動態創建和釋放數組或單個對象。
動態創建對象時，只需指定其數據類型，而不必爲該對象命名，new表達式返回指向該新創建對象的指針，我們可以通過指針來訪問此對象。
int *pi=new int;
這個new表達式在堆區中分配創建了一個整型對象，並返回此對象的地址，並用該地址初始化指針pi 。
2.2 動態創建對象的初始化
動態創建的對象可以用初始化變量的方式初始化。
int *pi=new int(100); //指針pi所指向的對象初始化爲100
string *ps=new string(10,’9’);//*ps 爲“9999999999”
如果不提供顯示初始化，對於類類型，用該類的默認構造函數初始化；而內置類型的對象則無初始化。也可以對動態創建的對象做值初始化：
int *pi=new int( );//初始化爲0
int *pi=new int;//pi 指向一個沒有初始化的int
string *ps=new string( );//初始化爲空字符串 （對於提供了默認構造函數的類類型，沒有必要對其對象進行值初始化）
2.3 撤銷動態創建的對象
delete表達式釋放指針指向的地址空間。
delete pi ;// 釋放單個對象
delete [ ]pi;//釋放數組
如果指針指向的不是new分配的內存地址，則使用delete是不合法的。
2.4 在delete之後，重設指針的值
delete p; //執行完該語句後，p變成了不確定的指針，在很多機器上，儘管p值沒有明確定義，但仍然存放了它之前所指對象的地址，然後p所指向的內存已經被釋放了，所以p不再有效。此時，該指針變成了懸垂指針（懸垂指針指向曾經存放對象的內存，但該對象已經不存在了）。懸垂指針往往導致程序錯誤，而且很難檢測出來。
一旦刪除了指針所指的對象，立即將指針置爲0，這樣就非常清楚的指明指針不再指向任何對象。（零值指針：int *ip=0;）
2.5 區分零值指針和NULL指針
零值指針，是值是0的指針，可以是任何一種指針類型，可以是通用變體類型void*也可以是char*，int*等等。
空指針，其實空指針只是一種編程概念，就如一個容器可能有空和非空兩種基本狀態，而在非空時可能裏面存儲了一個數值是0，因此空指針是人爲認爲的指針不提供任何地址訊息。參考：http://www.cnblogs.com/fly1988happy/archive/2012/04/16/2452021.html
2.6 new分配失敗時，返回什麼？
1993年前，c++一直要求在內存分配失敗時operator new要返回0，現在則是要求operator new拋出std::bad_alloc異常。很多c++程序是在編譯器開始支持新規範前寫的。c++標準委員會不想放棄那些已有的遵循返回0規範的代碼，所以他們提供了另外形式的operator new(以及operator new[])以繼續提供返回0功能。這些形式被稱爲“無拋出”，因爲他們沒用過一個throw，而是在使用new的入口點採用了nothrow對象:
class widget { … };
widget *pw1 = new widget;// 分配失敗拋出std::bad_alloc
if (pw1 == 0) … // 這個檢查一定失敗
widget *pw2 = new (nothrow) widget; // 若分配失敗返回0
if (pw2 == 0) … // 這個檢查可能會成功
三、 malloc和new的區別
3.1 new 返回指定類型的指針，並且可以自動計算所需要大小。
比如： 　　
1) int *p; 　　
p = new int; //返回類型爲int* 類型(整數型指針)，分配大小爲 sizeof(int); 　　
或： 　　
int* parr; 　　
parr = new int [100]; //返回類型爲 int* 類型(整數型指針)，分配大小爲 sizeof(int) * 100; 　　
2) 而 malloc 則必須要由我們計算字節數，並且在返回後強行轉換爲實際類型的指針。 　　
int* p; 　　
p = (int *) malloc (sizeof(int)*128);//分配128個（可根據實際需要替換該數值）整型存儲單元，並將這128個連續的整型存儲單元的首地址存儲到指針變量p中
double pd=(double ) malloc (sizeof(double)*12);//分配12個double型存儲單元，並將首地址存儲到指針變量pd中
3.2 malloc 只管分配內存，並不能對所得的內存進行初始化，所以得到的一片新內存中，其值將是隨機的。
除了分配及最後釋放的方法不一樣以外，通過malloc或new得到指針，在其它操作上保持一致。
四、有了malloc/free爲什麼還要new/delete？
1) malloc與free是C++/C語言的標準庫函數，new/delete是C++的運算符。它們都可用於申請動態內存和釋放內存。
2) 對於非內部數據類型的對象而言，光用maloc/free無法滿足動態對象的要求。對象在創建的同時要自動執行構造函數，對象在消亡之前要自動執行析構函數。由於malloc/free是庫函數而不是運算符，不在編譯器控制權限之內，不能夠把執行構造函數和析構函數的任務強加於malloc/free。
因此C++語言需要一個能完成動態內存分配和初始化工作的運算符new，以及一個能完成清理與釋放內存工作的運算符delete。注意new/delete不是庫函數。
我們不要企圖用malloc/free來完成動態對象的內存管理，應該用new/delete。由於內部數據類型的“對象”沒有構造與析構的過程，對它們而言malloc/free和new/delete是等價的。
3) 既然new/delete的功能完全覆蓋了malloc/free，爲什麼C++不把malloc/free淘汰出局呢？這是因爲C++程序經常要調用C函數，而C程序只能用malloc/free管理動態內存。
如果用free釋放“new創建的動態對象”，那麼該對象因無法執行析構函數而可能導致程序出錯。如果用delete釋放“malloc申請的動態內存”，結果也會導致程序出錯，但是該程序的可讀性很差。所以new/delete必須配對使用，malloc/free也一樣。