C++ new, delete와 malloc, free의 차이

C++에서는 malloc, new, calloc을 통해 동적 메모리 할당이 가능합니다. 반대로 해제할 때에는 free, delete를 통해 해제가 가능하고요.

동적 메모리 할당은 이름 그대로 프로그램이 실행되어 있는 시간, 즉 런타임 동안 사용할 메모리 공간을 할당하는 것입니다.

malloc, free, new, delete의 차이점은 다음과 같습니다:

malloc(calloc), free	new, delete
함수(function)	연산자(operator)
C/C++에서 사용 가능(라이브러리에서 제공)	C++에서만 사용 가능(언어의 기능으로서 제공됨)
지정한 크기의 메모리가 할당됨	객체 생성을 위한 메모리가 할당됨
반환값 형변환 필요	해당 타입의 포인터를 반환(형변환 필요 없음)
에러 발생시 null 반환됨	에러 발생시 exception throw 발생 (null 반환 없음)
함수이기 때문에 오버로딩 불가능	연산자라 오버로딩이 가능함
별도의 코드 호출 없음	생성자, 소멸자 호출됨

위 표는 대략적인 차이점을 정리한 내용입니다. 이번에는 조금 더 자세히 살펴봅시다.

malloc과 new의 호출 방식

앞서 malloc은 필요한 크기의 메모리를 매개변수로, new는 할당할 타입을 지정하고 지정한 타입의 포인터를 반환합니다.

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

int main()
{
    // int 4개 만큼의 메모리 할당
    int *indices = (int*)malloc(sizeof(int) * 4);

    // 배열 요소들 초기화
    indices[0] = 0;
    indices[1] = 1;
    indices[2] = 2;
    indices[3] = 3;
    
    for (int i = 0; i < sizeof(indices); i++)
    {
        printf("%d\n", indices[i]);
    }

    // indices 메모리 해제
    free(indices);
}

위 코드는 malloc/free를 사용해 길이가 4인 배열을 할당 및 해제하는 예제입니다.

보이듯이 배열 선언에 필요한 만큼의 메모리 크기를 매개변수로 넘겨주고 있습니다.

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

int main()
{
    // int 4개 만큼의 메모리 할당
    int *indices = new int[4];

    indices[0] = 0;
    indices[1] = 1;
    indices[2] = 2;
    indices[3] = 3;
    
    for (int i = 0; i < sizeof(indices); i++)
    {
        printf("%d\n", indices[i]);
    }
    
    delete [] indices;
}

이번에는 new/delete를 이용해 배열을 할당/해제하는 예제입니다.

메모리를 할당해줄 때, 별도의 지정한 타입의 포인터가 반환되어 별도의 형변환이 필요없다는것을 확인할 수 있습니다.

생성자/소멸자의 호출 여부 차이

new는 malloc과 다르게, 호출과 동시에 초기화가 가능합니다.

string* str = new string("Test");

생성자와 소멸자가 호출이 된다는걸 좀 더 명시적으로 확인해볼까요:

#include <iostream>

class Vector
{
public:
    Vector(float x, float y) : m_X(x), m_Y(y)
    {
        std::cout << "constructed: Vector(" << m_X << ", " << m_Y << ")" << std::endl;
    }
    
    ~Vector()
    {
        std::cout << "destructed: Vector(" << m_X << ", " << m_Y << ")" << std::endl;
    }
    
private:
    float m_X;
    float m_Y;
};

int main()
{
    Vector* vector = new Vector(5, 4);
    delete vector;
}

// Output:
//  constructed: Vector(5, 4)
//  destructed: Vector(5, 4)

할당된 메모리 크기의 조정 가능 여부

위의 표에서는 언급하지 않았지만, malloc으로 할당된 메모리는 realloc을 통해 할당된 메모리의 크기를 변경할 수 있습니다.

반면 new로 할당된 메모리는 처음 할당한 이후에는 크기 변경이 안됩니다. 새로 메모리를 할당하고, 값을 복사해주고 원래의 할당된 메모리를 해제시켜줘야합니다.

메모리 할당/해제의 빈도에 따라 malloc을 사용할지, new를 사용할지 판단은 필요합니다.

마치며

C#에서는 Garbage Collector를 통해 프로그래머가 따로 메모리를 관리해주지 않아도 알아서 메모리를 관리해주니 크게 문제가 없습니다.

하지만 C/C++에서는 프로그래머가 직접 할당을 해제해주어야 메모리 누수 같은 메모리 관련 문제를 예방할 수 있습니다.