【C/C++ new/delete和malloc/free的异同及原理】

new/delete和malloc/free都是用于在C++（以及C语言在malloc/free的情况下）中动态申请和释放内存的机制，但它们之间存在一些显著的异同点。以下是对这两组函数/运算符的异同点的详细分析：

相同点

1. 目的相同：两者都用于在堆（heap）上动态地分配和释放内存。
2. 手动管理：无论是new/delete还是malloc/free，都需要程序员手动进行内存的分配和释放，以避免内存泄漏。

不同点

1. 类型与来源
   new/delete：是C++的运算符，支持重载，可以与C++的类特性（如构造函数、析构函数）紧密集成。
   malloc/free：是C语言（及C++兼容）的标准库函数，分别定义在<stdlib.h>（C语言）和（C++）头文件中。
2. 内存分配与初始化
   new：能够自动根据对象的类型计算所需内存大小，并在分配内存后自动调用对象的构造函数进行初始化（如果是类类型的对象）。
   malloc：需要程序员手动计算所需内存大小，并且分配的内存不会自动初始化，通常包含未定义的值。
3. 返回值
   new：返回指向分配的内存的指针，该指针的类型是所分配对象的类型。
   malloc：返回void*类型的指针，指向分配的内存，需要程序员根据需要进行类型转换。
4. 错误处理
   new：如果内存分配失败，会抛出std::bad_alloc异常。
   malloc：如果内存分配失败，会返回NULL（在C++11及以后，推荐使用nullptr）。
5. 内存释放
   delete：在释放内存时，会调用对象的析构函数（如果是类类型的对象），然后释放内存。
   free：仅释放之前通过malloc分配的内存，不会调用任何析构函数。
6. 数组支持
   new/delete：对于数组，有专门的语法new 类型[大小]和delete[] 指针来分配和释放内存。
   malloc/free：对于数组，只需在malloc中指定数组总大小（每个元素的类型大小乘以元素数量），并在free中传递指向数组首元素的指针。但注意，malloc不会自动处理数组元素的构造或析构。
7. 类型安全
   new：提供了更好的类型安全，因为返回的是具体类型的指针，编译器可以进行类型检查。
   malloc：由于返回void*类型，需要程序员进行类型转换，这可能引入类型错误。
8. 性能
   在底层实现上，new/delete通常是对malloc/free的封装，因此它们的性能差异主要取决于封装层的开销。在大多数情况下，这种差异可以忽略不计，但在性能敏感的应用中可能需要考虑。

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9. new是类型安全的,malloc不是。例如:

   int*p=newfloat[2];//编译错误
   int *p = (int*)malloc(2*sizeof(double));//编译无错误
   

10. new调用名为operator new的标准库函数分配足够空间并调用相关对象的构构造函数，delete对指针所指对象运行适当的析构函数，然后通过调用名为perator delete的标准库函数释放该对象所用内存。后者均没有相关调用。

11. new是封装了malloc,直接free不会报错,但是这只是释放内存,而不会析构对象

12. new和delete是如何实现的?
    new的实现过程是：首先调用名为operator new的标准库函数，分配足够大的原始为类型化的内存，以保存指定类型的一个对象；接下来运行该类型的一个构造函数，用指定初始化构造对象；最后返回指向新分配并构造后的的对象的指针；
    delete的实现过程：对指针指向的对象运行适当的析构函数；然后通过调用名为operator delete的标准库函数释放该对象所用内存；

13. malloc和new的区别?
    malloc和free是标准库函数，支持覆盖；new和delete是运算符，支持重载。
    malloc仅仅分配内存空间，free仅仅回收空间，不具备调用构造函数和析构函数功能，用malloc分配空间存储类的对象存在风险；new和delete除了分配回收功能外，还会调用构造函数和析构函数。
    malloc和free返回的是void类型指针(必须进行类型转换)，new和delete返回的是具体类型指针。

14. 既然有了malloc/free，C++中为什么还需要new/delete呢?直接用malloc/free不好吗?
    malloc/free和new/delete都是用来申请内存和回收内存的。
    在对非基本数据类型的对象使用的时候，对象创建的时候还需要执行构造函数，销毁的时候要执行析构函数。而malloc/free是库函数，是已经编译的代码，所以不能把构造函数和析构函数的功能强加给malloc/free，所以new/delete是必不不可少的。

15. 被free回收的内存是立即返还给操作系统吗?
    不是的,被free回收的内存会首先被ptmalloc使用双链表保存起来，当用户下一次申请内存的时候，会尝试从这些内存中寻找合适的返回。这样就避免了频繁的系统调用，占用过多的系统资源。同时ptmalloc也会尝试对小块内存进行合并，避免过多的内存碎片。

总结

new/delete和malloc/free各有其适用场景。在C++程序中，由于new/delete能够与C++的类特性更好地集成，因此通常是首选的内存分配方式。然而，在处理与C语言的接口或需要更低级内存操作的情况下，malloc/free仍然有其不可替代的作用。重要的是，无论使用哪种方式，都应确保及时释放分配的内存，以避免内存泄漏。