您现在的位置：程式碼之家 >> 編程語言 > >> C語言 >> VC >> VC 教學

C++ 堆記憶體管理全攻略：malloc/free 與 new/delete 深度對比

編輯：VC 教學

堆記憶體是什麼？

堆是執行期動態分配的記憶體區域，大小不固定、生命週期由程式設計師手動控制。相對於棧（自動變數、函式呼叫幀），堆適合：

執行期才能決定大小的陣列/物件。
跨函式/作用域共享的資源。
大型物件避免棧溢位。

C 風格：malloc / free

#include <cstdlib>  // 或 

int main() {
    int n; cin >> n;
    int* arr = static_cast<int*>(malloc(n * sizeof(int))); // 返回 void*，需強轉
    if (!arr) { /* 處理分配失敗 */ }

    for (int i = 0; i < n; ++i) arr[i] = i;
    for (int i = 0; i < n; ++i) cout << arr[i] << ',';
    cout << endl;

    free(arr);  // 必須配對釋放，否則洩漏
}

關鍵點

malloc 僅分配原始位元組，**不呼叫建構子**。
free 僅釋放記憶體，**不呼叫解構子**。
適用於 POD 類型（int, struct 等無建構/解構邏輯）。
C++ 代碼中**不推薦**用於類別物件。

C++ 風格：new / delete

int main() {
    int n; cin >> n;
    int* arr = new int[n];      // 分配並預設初始化（int 不初始化）
    // int* arr = new int[n]();  // 值初始化為 0

    for (int i = 0; i < n; ++i) arr[i] = i;
    for (int i = 0; i < n; ++i) cout << arr[i] << ',';
    cout << endl;

    delete[] arr;  // 陣列必須用 delete[]，單一物件用 delete
}

關鍵點

new T[n]：分配記憶體 → 呼叫每個元素的**建構子**（依序）。
delete[] ptr：呼叫每個元素的**解構子**（逆序） → 釋放記憶體。
單一物件：new T / delete ptr。
分配失敗拋出 std::bad_alloc（可用 new (std::nothrow) T 返回 nullptr）。
不需頭檔，關鍵字內建。

核心差異對比表

特性	malloc/free	new/delete
建構子/解構子	不呼叫	自動呼叫
類型安全	void* 需強轉	返回精確類型指標
失敗處理	返回 nullptr	拋出 bad_alloc
重載/自訂	不可	可重載 operator new/delete
陣列處理	手動計算大小	new T[n] / delete[] 自動管理
適用場景	C 代碼、POD、與 C API 互操作	C++ 類別物件、RAII、現代代碼

進階：placement new 與記憶體池

// 在預先分配的緩衝區上建構物件
char buffer[sizeof(MyClass)];
MyClass* obj = new (buffer) MyClass(args);  // 不分配記憶體，只呼叫建構子
obj->~MyClass();  // 手動呼叫解構子，不釋放 buffer

用於高效能記憶體池、共享記憶體、嵌入式系統固定記憶體佈局。

現代 C++：智慧指標與容器替代裸 new/delete

std::unique_ptr<T[]>：獨佔陣列，自動 delete[]。
std::shared_ptr<T>：共享擁有，控制區塊管理計數。
std::vector<T>：動態陣列，自動擴容、縮減、記憶體管理。
std::make_unique/make_shared：單一分配優化、異常安全。

常見錯誤與避坑指南

錯誤	後果	正確做法
`delete arr;` (陣列用 delete)	未定義行為（通常只析構首元素，記憶體洩漏/崩潰）	`delete[] arr;`
`free(ptr)` (new 分配)	未定義行為	配對使用：new↔delete, malloc↔free
重複釋放	堆損壞、崩潰	智慧指標、置 nullptr、RAII
使用已釋放記憶體	未定義行為、安全漏洞	釋放後置 nullptr、作用域限制
類別物件用 malloc	建構子未執行，成員未初始化	用 new 或 placement new