在Windows平台进行C/C++编程，你可能写过或见过N多进行内存分配的方法，常见的如malloc和new，或Windows API中的GlobalAlloc、LocalAlloc、HeapAlloc等等。

那它们各自的含义以及它们之间的区别是什么呢？

总览

  • GlobalAlloc、LocalAlloc、HeapAlloc、VirtualAlloc都是Windows API，都只能在Windows平台使用
  • malloc是C标准库的一部分，依赖于不同平台的libc实现
  • new是运算符，依赖于编译器的实现
  • 他们之前的关系引用MSDN的一张图说明：

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​ new调用malloc, malloc调用Heap Memory API(HeapAlloc), 堆函数调用Virtual Memory API(VirtualAlloc)。

GlobalAlloc & LocalAlloc

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DECLSPEC_ALLOCATOR HGLOBAL GlobalAlloc(
  [in] UINT   uFlags,
  [in] SIZE_T dwBytes
);
DECLSPEC_ALLOCATOR HLOCAL LocalAlloc(
  [in] UINT   uFlags,
  [in] SIZE_T uBytes
);

16-bit

GlobalAlloc和LocalAlloc是16位Windows操作系统时代的产物。现在已不推荐使用。

Intel 8086时代，内存采用段式访问，访问本段的数据或指令时，不需要变更段地址（意味着段地址寄存器不需修改）。而访问本段范围以外的数据或指令时，则需要变更段地址（意味着段地址寄存器需要修改）。

因此，在16位处理器环境下，如果访问本段内(64K范围内)地址的值，用一个16位的指针（表示段内偏移）就可以访问到；而要访问本段以外地址的值，则需要用16位的段内偏移+16位的段地址，总共32位的指针。

也就是我们所说的近指针(near pointer)和远指针(far pointer)。

举个例子，如果你有一个近指针p，它的值是0x1234，然后数据段的值为0x012F，则当你写入数据到*p时，你即将访问的地址为012F:1234。

当我们定义指针时，默认是近指针，如果需要定义远指针，需要特别标识。

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char near *p; // default
char far *p;

GlobalAlloc这个函数会分配一个段选择子(selectors)，进而通过它来访问你请求的内存地址。你可以使用这个段选择子来声明一个远指针。一个远指针包括一个段选择子和一个近指针。

在16位Windows上，LocalAlloc和GlobalAlloc有着完全不同的行为。LocalAlloc会返回一个近指针，而GlobalAlloc会返回一个段选择子。

32-bit ~

32位Windows操作系统之后，线性内存模型（linear memory model）更广泛的被应用。在这种模式下，应用程序看到的内存是一个单独的连续地址空间。CPU可以直接（且线性）寻址所有可利用的内存位置，无需诉诸任何内存分段或分页机制。

从32位 Windows 开始， GlobalAlloc和LocalAlloc的实现都为HeapAlloc。 

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::HeapAlloc(::GetProcessHeap(), ...);

所以在32位操作系统之后，GlobalAlloc和LocalAlloc几乎没有区别。

HeapAlloc

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DECLSPEC_ALLOCATOR LPVOID HeapAlloc(
  [in] HANDLE hHeap,
  [in] DWORD  dwFlags,
  [in] SIZE_T dwBytes
);

上面提到的GlobalAlloc和LocalAlloc在32位系统之后都是使用HeapAlloc实现的，且第一个参数都是GetProcessHeap的结果，即进程的缺省堆。

一般情况下，你并不需要使用HeapAlloc，除非你需要自己管理堆，或者避免使用CRT(c-runtime-library)。

VirtualAlloc

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LPVOID VirtualAlloc(
  [in, optional] LPVOID lpAddress,
  [in]           SIZE_T dwSize,
  [in]           DWORD  flAllocationType,
  [in]           DWORD  flProtect
);

这是一个极其底层的Windows API。通常用来分配大块的内存。例如如果想在进程A和进程B之间通过共享内存的方式实现通信，可以使用该函数（这也是较常用的情况）。不要用该函数实现通常情况的内存分配。

它在虚拟地址空间中预定一块内存区域，然后调拨物理存储器。

malloc & new

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void* malloc( size_t size );

malloc是运行时依赖的，是C标准库的一部分。

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::(optional) new ( type ) initializer(optional)	(1)	
::(optional) new new-type initializer(optional)	(2)	
::(optional) new (placement-params) ( type ) initializer(optional)	(3)	
::(optional) new (placement-params) new-type initializer(optional)	(4)

new是编译器依赖和语言依赖的。也就是说，它需要一个编译C++的编译器。通常情况下，它是由malloc实现的，所以也可以说new是运行时依赖的。

上面讲的malloc和new本质上的区别。下面是一些应用场景的区别：

（0）new/delete是运算符，malloc/free是库函数。

（1）申请的内存所在位置

  • new 操作符是从自由存储区(free store)上为对象动态分配内存空间。自由存储区是C++基于new操作符的一个抽象概念，凡是通过new操作符进行内存申请，该内存即为自由存储区。
  • malloc函数是从堆上动态分配内存。堆是操作系统中的术语。

（2）是否需要指定内存大小

  • new不需要，编译器会自行计算。
  • malloc需要。

（3）返回类型

  • new内存分配成功时，返回的是对象类型的指针。
  • malloc返回的是void *。

（4）分配失败

  • new分配失败会抛出bad_alloc异常。
  • malloc分配内存失败返回NULL。

（5）重载

  • new/delete操作符可以重载。

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    class Foo {
    public:
        void* operator new(size_t size)
        {
            std::cout << "Overloading new operator" << std::endl;
            void* p = ::operator new(size);
            return p;
        }
        void operator delete(void* p)
        {
            std::cout << "Overloading delete operator" << std::endl;
        }
    };
    int main()
    {
        Foo* foo = new Foo;
        delete foo;
    }

  • malloc/free不允许。

Reference