使用 malloc 而不是 new 导致 free(): invalid pointer 错误

Question

由于某种原因，使用 gcc 编译以下代码并在 Ubuntu 上运行它生成的二进制文件会出现 free(): invalid pointer 错误：

#include <stdlib.h>
#include <fstream>
#include <string>
#include <iostream>
#include <sstream>
#include <ios>
#include <new>

struct arr_double_size {
   double *array;
   int size;
};

struct Record {
   int ID;
   std::string str1;
   std::string str2;
   int num;
   struct arr_double_size values;
};

struct Record_array {
   struct Record *array;
   int size;
};

void Copy_Read(void) {
   std::ifstream file{"in_file"};
   std::ofstream new_file{"out_file"};
   std::string line;
   while (std::getline(file,line)) {
      new_file << line << std::endl;
   }
   file.close();
   new_file.close();
}

int main(void) {
   Copy_Read();
   struct Record rec;
   struct arr_double_size values;
   values.size = 1;
   values.array = (double *)malloc(1 * sizeof(double));
   values.array[0] = 72.12;
   rec.ID = 2718;
   rec.str1 = "Test1";
   rec.str2 = "Test2";
   rec.num = 1;
   rec.values = values;
   struct Record_array record_list;
   record_list.size = 1;
   record_list.array = (struct Record *)malloc(1 * sizeof(struct Record));
   record_list.array[0] = rec;   
   return 0;
}

in_file的内容是：

TEST TEST TEST

奇怪的是，将main 中的调用注释为Copy_Read 可以解决问题，将malloc 的调用替换为new 的调用也是如此。使用 gdb 运行程序显示尝试将rec 分配给record_list.array[0] 时出现错误。为什么会出现这种情况？我试图在这里举一个最小的例子；以前，此代码的扩展版本导致分段错误而不是 free(): invalid pointer 错误。我知道这是一个可怕的代码，永远不应该在严肃的程序中使用（我应该使用标准库 vector 和 new），但似乎有些东西我不明白并且没有很好的记录（无论如何，在初学者可以访问的资源中）关于 malloc 和 new 之间的区别，这是此代码问题的根源。

Answer 1

我不明白 malloc 和 new 的区别

您需要阅读更多关于 C++，例如一些C++ programming 的书，以及一个好的C++ reference 网站。是的，C++ 是一种非常困难的语言（你需要多年的工作才能掌握它）。稍后，您可以深入了解 C++11 标准 n3337（或一些更新的 C++ 标准）。您当然需要准确地了解constructors 和destructors 的作用（并解释这需要很多页，远远超出您在任何 StackOverflow 答案中的合理预期）。

您需要执行constructors 的代码（这可以通过new 完成，但不能通过malloc 完成） - 稍后也应该在释放内存之前执行析构函数。析构函数由delete（在许多其他情况下）调用，但当然不是free。另请阅读rule of five 和RAII。

如果可能，您应该更喜欢使用smart pointers。有时（例如对于循环引用）它们是不够的。

害怕undefined behavior。

valgrind 工具可用于查找与内存相关的错误。您还应该使用所有警告和调试信息进行编译，因此 g++ -Wall -Wextra -g 和 GCC。您可能还想使用静态源代码分析器工具，例如 clang-analyzer 或 Frama-C。使用它们可能需要很多专业知识；有no silver bullet。

您的struct Record_array 错误：更喜欢使用std::vector<Record>。阅读有关标准 C++ 的更多信息containers。

您的Record 的构造函数将调用str1 和str2 的构造函数（即std::string-s 的构造函数应用于两个不同的位置）。如果你不调用 Record 构造函数，str1 和 str2 将保持某种未定义的状态（所以你一使用它们就会有一些 undefined behavior）。

malloc & free（对于 C）与 new 和 delete（对于 C++）之间的主要区别在于构造函数和析构函数的参与方式。当然，malloc & free 会忽略它们，但new & delete 不会。内存分配失败（例如，当虚拟内存耗尽时）也有不同的处理方式。

PS。在实践中，您不应该在 C++ 代码中使用 malloc，除非 - 仅在极少数情况下 - 在定义自己的 operator new 时。因为malloc 不调用C++ 构造函数（但new 调用）。另外，请理解C 和 C++ 是不同的编程语言，malloc 用于 C，而不是 C++。许多C++ standard library 实现在他们的标准::operator new 实现中使用 malloc 并在他们的::operator delete 中使用free。