C++ 記憶體管理深度解析：malloc/free vs new/delete 底層原理

核心差異

底層實現關聯

• 全域 operator new(size_t) **通常內部呼叫 malloc** 分配原始記憶體，再呼叫建構函式。
• operator delete 呼叫解構函式後 **內部呼叫 free** 釋放記憶體。
• 因此 malloc 記憶體**不可**用 delete 釋放（缺少解構），new 記憶體**不可**用 free 釋放（缺少解構且記憶體頭部資訊可能不同）。

陣列 new/delete 內部機制

• new T[100]：分配 sizeof(T)*100 + 額外空間(存元素個數)，回傳指向首元素的指標。
• delete[] ptr：從指標前端讀取元素個數，**逆序呼叫 100 次解構函式**，最後釋放整塊記憶體。
• 嚴禁 new T[100] 搭配 delete ptr（僅呼叫 1 次解構函式 → 記憶體洩漏/未定義行為）。

堆的本質

作業系統提供的虛擬記憶體區域，C 執行期庫（CRT）維護**自由塊鏈表/紅黑樹/分級分配器**（如 ptmalloc、jemalloc、tcmalloc）管理已分配/未分配區塊，malloc/free 實際操作這些資料結構。

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