一、有了malloc/free为什么还要new/delete
malloc与free是C++/C语言的标准库函数,new/delete是C++的运算符。它们都可用于申请动态内存和释放内存。
对于非内部数据类型的对象而言,光用maloc/free无法满足动态对象的要求。对象在创建的同时要自动执行构造函数,对象在消亡之前要自动执行析构函数。由于malloc/free是库函数而不是运算符,不在编译器控制权限之内,不能够把执行构造函数和析构函数的任务强加于malloc/free。
因此C++语言需要一个能完成动态内存分配和初始化工作的运算符new,以及一个能完成清理与释放内存工作的运算符delete。注意new/delete不是库函数。我们先看一看malloc/free和new/delete如何实现对象的动态内存管理,见示例:
#include<iostream>
#include<cstdlib>
using namespace std;
class Obj
{
public:
Obj(void){cout<<"Initialization"<<endl;}
~Obj(void){cout<<"Destroy"<<endl;}
void Initialize(void){cout<<"Initialization"<<endl;}
void Destroy(void){cout<<"Destroy"<<endl;}
};
void UseMallocFree(void){
Obj *a = (Obj *)malloc(sizeof(Obj)); // 申请动态内存
a->Initialize(); // 初始化
//…
a->Destroy(); // 清除工作
free(a); // 释放内存
}
void UseNewDelete(void){
Obj *a = new Obj; // 申请动态内存并且初始化
//…
delete a; // 清除并且释放内存
}
int main()
{
UseMallocFree();
UseNewDelete();
system("pause");
return 0;
}
类Obj的函数Initialize模拟了构造函数的功能,函数Destroy模拟了析构函数的功能。函数UseMallocFree中,由于malloc/free不能执行构造函数与析构函数,必须调用成员函数Initialize和Destroy来完成初始化与清除工作。函数UseNewDelete则简单得多。
所以我们不要企图用malloc/free来完成动态对象的内存管理,应该用new/delete。由于内部数据类型的“对象”没有构造与析构的过程,对它们而言malloc/free和new/delete是等价的。
既然new/delete的功能完全覆盖了malloc/free,为什么C++不把malloc/free淘汰出局呢?这是因为C++程序经常要调用C函数,而C程序只能用malloc/free管理动态内存。
所以new/delete必须配对使用,malloc/free也一样。
二、内存耗尽怎么办
如果在申请动态内存时找不到足够大的内存块,malloc和new将返回NULL指针,宣告内存申请失败。通常有三种方式处理“内存耗尽”问题。
(1)、判断指针是否为NULL,如果是则马上用return语句终止本函数。例如:
void Func(void){
A *a = new A;
if(a == NULL)
return;
…
}
(2)、判断指针是否为NULL,如果是则马上用exit(1)终止整个程序的运行。例如:
void Func(void){
A *a = new A;
if(a == NULL){
cout << “Memory Exhausted” << endl;
exit(1);
}
…
}
(3)、为new和malloc设置异常处理函数。例如Visual C++可以用_set_new_hander函数为new设置用户自己定义的异常处理函数,也可以让malloc享用与new相同的异常处理函数。详细内容请参考C++使用手册。
上述 (1)、(2) 方式使用最普遍。如果一个函数内有多处需要申请动态内存,那么方式 (1) 就显得力不从心(释放内存很麻烦),应该用方式 (2) 来处理。
很多人不忍心用exit(1),问:“不编写出错处理程序,让操作系统自己解决行不行?”
不行。如果发生“内存耗尽”这样的事情,一般说来应用程序已经无药可救。如果不用exit(1) 把坏程序杀死,它可能会害死操作系统。道理如同:如果不把歹徒击毙,歹徒在老死之前会犯下更多的罪。
有一个很重要的现象要告诉大家。对于32位以上的应用程序而言,无论怎样使用malloc与new,几乎不可能导致“内存耗尽”。对于32位以上的应用程序,“内存耗尽”错误处理程序毫无用处。这下可把Unix和Windows程序员们乐坏了:反正错误处理程序不起作用,我就不写了,省了很多麻烦。
必须强调:不加错误处理将导致程序的质量很差,千万不可因小失大。
#include<iostream>
#include<cstdlib>
using namespace std;
int main(void)
{
float *p = NULL;
while(1)
{
p = new float[1000000];//如果在申请动态内存时找不到足够大的内存块,malloc和new将返回NULL指针,宣告内存申请失败
cout<<"eat memory"<<endl;
if(p==NULL)
{
exit(1);//如果内存耗尽,则终止程序的运行
}
}
return 0;
}
三、malloc/free的使用要点
函数malloc的原型如下:
void * malloc(size_t size);
用malloc申请一块长度为length的整数类型的内存,程序如下:
int *p = (int *) malloc(sizeof(int) * length);
“类型转换”和“sizeof”。
* malloc返回值的类型是void*,所以在调用malloc时要显式地进行类型转换,将void *转换成所需要的指针类型。
* malloc函数本身并不识别要申请的内存是什么类型,它只关心内存的总字节数。我们通常记不住int, float等数据类型的变量的确切字节数。例如int变量在16位系统下是2个字节,在32位下是4个字节;而float变量在16位系统下是4个字节,在32位下也是4个字节。最好用以下程序作一次测试:
cout << sizeof(char) << endl;
cout << sizeof(int) << endl;
cout << sizeof(unsigned int) << endl;
cout << sizeof(long) << endl;
cout << sizeof(unsigned long) << endl;
cout << sizeof(float) << endl;
cout << sizeof(double) << endl;
cout << sizeof(void *) << endl;
在malloc的“()”中使用sizeof运算符是良好的风格,但要当心有时我们会昏了头,写出 p = malloc(sizeof(p))这样的程序来。
函数free的原型如下:
void free( void * memblock );
指针p的类型以及它所指的内存的容量事先都是知道的,语句free(p)能正确地释放内存。如果p是NULL指针,那么free对p无论操作多少次都不会出问题。如果p不是NULL指针,那么free对p连续操作两次就会导致程序运行错误。
四、new/delete的使用要点
运算符new使用起来要比函数malloc简单得多,例如:
int *p1 = (int *)malloc(sizeof(int) * length);
int *p2 = new int[length];
new内置了sizeof、类型转换和类型安全检查功能。对于非内部数据类型的对象而言,new在创建动态对象的同时完成了初始化工作。如果对象有多个构造函数,那么new的语句也可以有多种形式。例如:
class Obj{
public :
Obj(void); // 无参数的构造函数
Obj(int x); // 带一个参数的构造函数
…
}
void Test(void){
Obj *a = new Obj;
Obj *b = new Obj(1); // 初值为1
…
delete a;
delete b;
}
如果用new创建对象数组,那么只能使用对象的无参数构造函数。例如:
Obj *objects = new Obj[100]; // 创建100个动态对象
不能写成:
Obj *objects = new Obj[100](1);// 创建100个动态对象的同时赋初值1
在用delete释放对象数组时,留意不要丢了符号‘[]’。例如:
delete []objects; // 正确的用法
delete objects; // 错误的用法
后者有可能引起程序崩溃和内存泄漏。