为什么要使用动态内存分配？

比较常见的情况是当我们使用一个数组时，我们需要去声明它，同时我们还需要提供给它一个编译时常量用于指定数组的长度。但是，我们有时候需要的数组并不是定长的。例如，我们要存储一个班级所有学生的数据，但是不同班的学生数量可能是不同的，我们虽然可以声明一个尽量大的数组来存储，但是这样会造成资源的浪费，而且也不利于扩展使用。所以，我们需要动态地去分配一个数组的空间。

malloc和free

在c函数库中有两个函数，malloc和free，在c++中同样是存在的，它们分别用于执行动态内存的分配和释放。这些函数维护一个可用内存池，当一个程序另外一些内存时，就调用malloc函数，malloc从内存池中提取一块合适的内存，并向该程序返回一个指向这块内存的指针。这块内存池并没有以任何形式进行初始化，如果需要被初始化，需要你手动进行初始化或者使用calloc。当此内存不再使用，便调用free函数把它归还给内存池。
函数原型如下：

void *malloc(size_t size);
void *free(void *pointer);

malloc函数的参数就是需要分配的内存字节数，如果内存池中的可用内存可以满足这个需求，则返回一个指向被分配的内存块起始位置的指针。malloc所分配的是一块连续的内存，而且实际分配的内存有可能会比你要求的多一些。
如果内存池的可用内存不满足程序的要求，那么malloc就会向操作系统请求，要求得到更多的内存，并在新内存上执行分配任务。如果操作系统无法提供更多的内存，malloc则返回一个NULL指针。
free函数的参数要么是一个NULL，要么是先前从malloc,calloc,realloc返回的值。(而不能是一个new得到的值)，那么这里就有一个问题了，malloc函数指定了size，所以能知道要分配多少内存，free函数没有size，是如何知道它需要释放的内存容量的？其实在每一个内存块的首部都维护着一个mem_control_block（内存控制块)，它是一个结构体，形式如下：

struct mem_control_block {//is_available指明此内存块是否可以被使用,1为可以，0为不可以int is_available;//指明当前内存块的大小int size;
};

在使用malloc分配内存时，如果malloc函数内部得到的内存区域的首地址为void *p,那么它返回给你的就是p + sizeof(mem_control_block)，偏移到真正的内存块开始的位置，而当我们调用free的时候，则将p - sizeof(men_control_block)，回到mem_control_block的头部，这里用*q代替，然后使用q->size，程序就能知道需要释放的内存是多少了。形如下图：

另外需要注意的就是free函数释放的是指针所指向的内存块，而不是指针本身，所以我们在释放了内存块之后，还需要将指针指向NULL，否则，就会出现野指针的现象。

calloc和realloc

在C中还有另外两个内存分配函数，calloc和realloc，它们的原型如下：
void *calloc(size_t num_elements,size_t element_size);
void *realloc(void *ptr, size_t new_size);
calloc也用于分配内存，malloc和calloc之间的区别就在于后者在返回指向内存的指针之前把它初始化为0，另外它们之间请求内存的方式也不一样，calloc的参数是所需的元素个数，和每个元素的字节数，根据这个计算出所需的总内存数，然后再去申请。
realloc用于修改一个原先已经分配的内存块的大小，使用这个函数，可以扩大或缩小一个内存块。如果使用它来扩大一个内存块，那么这个内存块原先的内容依然保留，新增加的内存添加到原先内存块的后面，新内存是未被初始化的。如果它被用于缩小一个内存块，则该内存块尾部的部分内存被拿掉，剩余部分内存的原先内容依然保留。
如果原先的内存块无法改变大小，realloc将分配另一块正确大小的内存，并把原先那块内存的内容复制到新的块上。因此，在使用realloc之后，你就不能再使用指向旧内存的指针，而是应该改用realloc所返回的新指针。
而如果，realloc的第一个参数是NULL，那么它的行为就和malloc一摸一样了。

new和delete

new和delete是C++中动态内存分配的操作符，在我们需要对一些类对象动态地分配内存空间和释放空间的时候，malloc和free就有些不够看了。因为我们为类对象动态分配空间的时候，同时需要调用类对象的构造方法对其进行初始化，释放空间的时候，同样要调用类对象的析构函数，所以我们就需要使用new和delete来做这些工作。
讲到new操作符，就经常牵涉到operator new 和new operator的话题，这两个是什么呢？例如：

int *p = new int;

这样一句简单的代码，我们看到的这个new就是new operator，然而在这句代码的背后，执行的步骤简单描述如下：
1. 为对象分配内存空间；
2. 调用对象的构造函数初始化内存空间；
在第一步中分配内存的部门就使用了operator new，详细的可以参考：c++ 中new 操作符是怎么实现的

new与malloc的区别？

new是一个操作符，而malloc是一个库函数；
new能够自动计算需要分配的内存空间，而malloc需要手工计算字节数；
new计算空间是通过数据类型，而malloc通过字节大小；
new和delete带具有具体类型的指针，而malloc和free则是void *；
new是类型安全的，但是malloc不是，例如int *p = new float[2];这样编译器会报错，但是int *p = malloc(2*sizeof(int));这样是不会报错的；
new操作符可以重载，而malloc不可以；
new可以调用构造函数，但是malloc不可以；

从上面我们可以看出，new操作符的作用要比malloc的作用强大，而且malloc有的功能，使用new也可以做到，那么我们为什么还需要保留malloc呢？答案是在C++中，经常需要外部链接调用C的库，而C中管理动态内存需要使用malloc，所以我们就需要保留下malloc。

内存泄漏以及内存溢出？

什么是内存泄露？
内存泄漏是指内存被动态分配以后，当它不再使用时未被释放。内存泄漏会增加程序的体积，有可能导致程序或系统的奔溃。另外，内存泄漏还有可能导致内存不足的问题。所以，每次动态分配了内存空间的时候，当内存不再需要使用时，都要对其进行释放。
什么是内存溢出？
内存溢出简单理解就是你给一个程序的内存空间（或者你本身所拥有的内存）小于该程序运行现状所需要的内存空间，而且你又没有对这种情况做好处理措施，程序就会操作到本不应该被操作到的内存空间，这样的情况就是溢出现象。这种现象可能会被黑客利用攻击。
更详尽的可以参考：内存泄漏和内存溢出有啥区别？

总结

在使用malloc函数动态分配内存时，需要检查函数返回的指针是否为NULL；
malloc和free，new和delete要成对使用；
在动态分配的内存空间不再使用时，要释放该空间；
释放空间之后，要将指向该内存空间的指针指向NULL，防止出现野指针的情况；
不要重复释放一块内存，否则可能会破坏自由空间；

参考

https://segmentfault.com/q/1010000000160483
https://www.zhihu.com/question/40560123
《Effective C++》，《C和指针》，《C++ Primer 第5版》

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