使用malloc而不是new会导致free（）：指针错误无效

Question

出于某种原因，使用gcc编译以下代码并运行它在Ubuntu上生成的二进制文件会产生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中的调用注释到Copy_Read解决了这个问题，就像用malloc调用替换对new的调用一样。使用gdb运行程序表明在尝试将rec分配给record_list.array[0]时发生错误。为什么会这样？我试图在这里给出一个最小的例子;之前的此代码的扩展版本导致了分段错误，而不是free(): invalid pointer错误。我知道这是一个可怕的代码，永远不应该在一个严肃的程序中使用（我应该使用标准库vector和new），但似乎有一些我不理解的东西，并没有很好的文档记录（在资源可访问对于初学者，无论如何）关于malloc和new之间的区别，这是该代码问题的根源。

Answer 1

我不明白malloc和new之间的区别

你需要阅读更多关于C ++的内容，例如：一些C++ programming书，和一个很好的C++ reference网站。是的，C ++是一门非常困难的语言（你需要多年的工作来掌握它）。稍后，您可以深入研究C ++ 11标准n3337（或更新的C ++标准）。你当然需要准确理解constructors和destructors的作用（并解释这需要很多页面，远远超过你在任何StackOverflow答案中可以合理预期的内容）。

您需要执行constructors的代码（使用new但不能使用malloc） - 稍后在释放内存之前还应执行析构函数。析构函数由delete（以及许多其他情况）调用，但当然不是由free调用。阅读有关rule of five和RAII的信息。

你应该尽可能使用smart pointers。有时（例如，对于循环引用），它们是不够的。

害怕undefined behavior。

valgrind工具可用于捕获与内存相关的错误。您还应编译所有警告和调试信息，所以g++ -Wall -Wextra -g与GCC。您可能还想使用静态源代码分析工具，如clang-analyzer或Frama-C。使用它们可能需要大量的专业知识;有no silver bullet。

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

你的Record的构造函数将调用str1和str2的构造函数（它，std::string-s的构造函数应用于两个不同的位置）。如果你不调用那个Record构造函数，str1和str2会保持一些未定义的状态（所以你使用它们就会有一些undefined behavior）。

malloc和free（对于C）和new和delete（对于C ++）的主要区别在于构造函数和析构函数的参与方式。当然，malloc和free忽略了它们，但不是new和delete。存储器分配的失败（例如，当虚拟存储器耗尽时）也以不同方式处理。

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