浅谈 C++ 中的 new/delete

本文转载自 浅谈 C++ 中的 new/delete 和 new[]/delete[]

new 和 delete

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new 和 delete 到底是什么？

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如果找工作的同学看一些面试的书，我相信都会遇到这样的题：
sizeof不是函数，然后举出一堆的理由来证明 sizeof 不是函数。

在这里，和sizeof类似，new和delete也不是函数，它们都是C++定义的关键字，通过特定的语法可以组成表达式。和sizeof不同的是，sizeof在编译时候就可以确定其返回值，new和 delete背后的机制则比较复杂。

继续往下之前，请你想想你认为new应该要做些什么？也许你第一反应是，new不就和C语言中的malloc函数一样嘛，就用来动态申请空间的。你答对了一半，看看下面语句：

string *ps = new string("hello world");

你就可以看出new和malloc还是有点不同的，malloc申请完空间之后不会对内存进行必要的初始化，而new可以。所以new expression背后要做的事情不是你想象的那么简单。

在我用实例来解释 new 背后的机制之前，你需要知道operator new和operator delete是什么玩意。
if (pw2 == 0) … // 这个检查可能会成功

malloc和new的区别

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• new 返回指定类型的指针，并且可以自动计算所需要大小。
  比如： 　　

int *p; 　　p = new int; //返回类型为int* 类型(整数型指针)，分配大小为 sizeof(int); 　　

或

int* parr; 　　parr = new int [100]; //返回类型为 int* 类型(整数型指针)，分配大小为 sizeof(int) * 100; 　　

• 而 malloc 则必须要由我们计算字节数，并且在返回后强行转换为实际类型的指针。 　　

int* p; 　　p = (int *) malloc (sizeof(int)*128);//分配128个（可根据实际需要替换该数值）整型存储单元，并将这128个连续的整型存储单元的首地址存储到指针变量p中  double *pd=(double *) malloc (sizeof(double)*12);//分配12个double型存储单元，并将首地址存储到指针变量pd中

• malloc 只管分配内存，并不能对所得的内存进行初始化，所以得到的一片新内存中，其值将是随机的。
  除了分配及最后释放的方法不一样以外，通过malloc或new得到指针，在其它操作上保持一致。

有了malloc/free为什么还要new/delete？

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1. malloc与free是C++/C语言的标准库函数，new/delete是C++的运算符。它们都可用于申请动态内存和释放内存。

2. 对于非内部数据类型的对象而言，光用maloc/free无法满足动态对象的要求。对象在创建的同时要自动执行构造函数，对象在消亡之前要自动执行析构函数。由于malloc/free是库函数而不是运算符，不在编译器控制权限之内，不能够把执行构造函数和析构函数的任务强加于malloc/free。

因此C++语言需要一个能完成动态内存分配和初始化工作的运算符new，以及一个能完成清理与释放内存工作的运算符delete。注意new/delete不是库函数。

我们不要企图用malloc/free来完成动态对象的内存管理，应该用new/delete。由于内部数据类型的“对象”没有构造与析构的过程，对它们而言malloc/free和new/delete是等价的。

1. 既然new/delete的功能完全覆盖了malloc/free，为什么C++不把malloc/free淘汰出局呢？这是因为C++程序经常要调用C函数，而C程序只能用malloc/free管理动态内存。

如果用free释放“new创建的动态对象”，那么该对象因无法执行析构函数而可能导致程序出错。如果用delete释放“malloc申请的动态内存”，结果也会导致程序出错，但是该程序的可读性很差。所以new/delete必须配对使用，malloc/free也一样。

operator new 和 operator delete

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这两个其实是 C++ 语言标准库的库函数，原型分别如下：

void *operator new(size_t);     //allocate an objectvoid *operator delete(void *);    //free an objectvoid *operator new[](size_t);     //allocate an arrayvoid *operator delete[](void *);    //free an array

后面两个你可以先不看，后面再介绍。前面两个均是 C++ 标准库函数，你可能会觉得这是函数吗？

请不要怀疑，这就是函数！

C++ Primer 一书上说这不是重载new 和delete 表达式（如 operator= 就是重载 = 操作符），因为new和delete是不允许重载的。

但我还没搞清楚为什么要用 operator new 和 operator delete 来命名，比较费解。我们只要知道它们的意思就可以了，这两个函数和 C 语言中的 malloc 和 free 函数有点像了，都是用来申请和释放内存的，并且operator new申请内存之后不对内存进行初始化，直接返回申请内存的指针。

我们可以直接在我们的程序中使用这几个函数。

new 和 delete 背后机制

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new的深厚背景

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知道上面两个函数之后，我们用一个实例来解释 new 和 delete 背后的机制：

我们不用简单的 C++ 内置类型来举例，使用复杂一点的类类型，定义一个类 A：

class A{public:    A(int v) : var(v)    {        fopen_s(&file, "test", "r");    }    ~A()    {        fclose(file);    }private:    int var;    FILE *file;};

很简单，类 A 中有两个私有成员，有一个构造函数和一个析构函数，构造函数中初始化私有变量 var 以及打开一个文件，析构函数关闭打开的文件。

我们使用

class *pA = new A(10);

来创建一个类的对象，返回其指针 pA。如下图所示 new 背后完成的工作：

简单总结一下：

1. 首先需要调用上面提到的 operator new 标准库函数，传入的参数为 class A 的大小，这里为 8 个字节，至于为什么是 8 个字节，你可以看看《深入 C++ 对象模型》一书，这里不做多解释。这样函数返回的是分配内存的起始地址，这里假设是 0x007da290。

2. 上面分配的内存是未初始化的，也是未类型化的，第二步就在这一块原始的内存上对类对象进行初始化，调用的是相应的构造函数，这里是调用 A:A(10); 这个函数，从图中也可以看到对这块申请的内存进行了初始化，var=10, file 指向打开的文件。

3. 最后一步就是返回新分配并构造好的对象的指针，这里 pA 就指向 0x007da290 这块内存，pA 的类型为类 A 对象的指针。

所有这三步，你都可以通过反汇编找到相应的汇编代码，在这里我就不列出了。

delete究竟做了些什么

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好了，那么 delete 都干了什么呢？还是接着上面的例子，如果这时想释放掉申请的类的对象怎么办？当然我们可以使用下面的语句来完成：

delete pA;

delete 所做的事情如下图所示：

delete 就做了两件事情：

1. 调用 pA 指向对象的析构函数，对打开的文件进行关闭。

2. 通过上面提到的标准库函数 operator delete 来释放该对象的内存，传入函数的参数为 pA 的值，也就是 0x007d290。

好了，解释完了 new 和 delete 背后所做的事情了，是不是觉得也很简单？不就多了一个构造函数和析构函数的调用嘛。

new时使用()进行初始化

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基本数据类型指针

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由于C++支持面线对象，因此为了与类的声明方式相同，也为了简化编译器的处理。

基本数据也支持a(x)的形式进行变量初始化

最好不要使用int a();或者A a();

因为这种方式会被编译器识别为函数声明

如果建立的对象是一个基本数据类型，初始化过程就是赋值，例如

int *point;point = new int(2);

动态分配了用于存储int类型数据的内存空间，并将初值2存入该空间，然后将首地址赋值给指针。

注意

对于基本数据类型，如果不希望在分配内存后设定初值，可以把括号省去，例如

int *point = new int;

如果保留括号，但括号中不写任何数值，则表示用0对该对象初始化，例如

int *point = new int( );

类数据类型指针

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如果建立的对象是某一个类的实例化对象，就是要根据初始化列表的参数类型和个数调用该类的构造函数

在用new建立一个类的对象时，如果该类存在用户定义的默认构造函数，则new T和new T( )这两种方式是等同的，都会调用这个默认构造函数。

但若用户未定义默认构造函数，

使用new T创建对象时候，会调用系统生成的隐含的默认构造函数；

使用newT( )创建对象时，系统除了执行默认构造函数会执行的那些操作外，还会为基本数据类型和指针类型的成员用0赋值，而且这一过程是递归。也就是说，如果该对象的某个成员对象也没有用户定义的默认构造函数，那么对该成员对象的基本数据类型和指针类型的成员，同样会被0赋初值。

#include <iostream>class A{public :    A()    :m_a(100)    {    }    int m_a;};class T{public :    int m_a;};int main( ){    int a( );           //  函数声明    A aa();             //  被当作函数声明    //  A中定义了默认构造函数    //  因此new A 与 new A()    A *pa1 = new A;    std::cout <<pa1->m_a <<std::endl;    A *pa2 = new A();    std::cout <<pa2->m_a <<std::endl;    //  T中未定义默认构造函数    T *pt1 = new T;    std::cout <<pt1->m_a <<std::endl;   //  随机值    T *pt2 = new T( );    std::cout <<pt2->m_a <<std::endl;   //  数据被初始化    return EXIT_SUCCESS;}

如何申请和释放一个数组？

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我们经常要用到动态分配一个数组，也许是这样的：

string *psa = new string[10];      //array of 10 empty stringsint *pia = new int[10];           //array of 10 uninitialized ints

上面在申请一个数组时都用到了 new [] 这个表达式来完成，按照我们上面讲到的 new 和 delete 知识，第一个数组是 string 类型，分配了保存对象的内存空间之后，将调用 string 类型的默认构造函数依次初始化数组中每个元素；第二个是申请具有内置类型的数组，分配了存储 10 个 int 对象的内存空间，但并没有初始化。

如果我们想释放空间了，可以用下面两条语句：

delete [] psa;delete [] pia;

都用到 delete [] 表达式，注意这地方的 [] 一般情况下不能漏掉！我们也可以想象这两个语句分别干了什么：

• 第一个对 10 个 string 对象分别调用析构函数，然后再释放掉为对象分配的所有内存空间；

• 第二个因为是内置类型不存在析构函数，直接释放为 10 个 int 型分配的所有内存空间。

这里对于第一种情况就有一个问题了：我们如何知道 psa 指向对象的数组的大小？怎么知道调用几次析构函数？

这个问题直接导致我们需要在 new [] 一个对象数组时，需要保存数组的维度，C++ 的做法是在分配数组空间时多分配了 4 个字节的大小，专门保存数组的大小，在 delete [] 时就可以取出这个保存的数，就知道了需要调用析构函数多少次了。

还是用图来说明比较清楚，我们定义了一个类 A，但不具体描述类的内容，这个类中有显示的构造函数、析构函数等。那么 当我们调用

class A *pAa = new A[3];

时需要做的事情如下：

从这个图中我们可以看到申请时在数组对象的上面还多分配了 4 个字节用来保存数组的大小，但是最终返回的是对象数组的指针，而不是所有分配空间的起始地址。

这样的话，释放就很简单了：

delete [] pAa;

这里要注意的两点是：

• 调用析构函数的次数是从数组对象指针前面的 4 个字节中取出；

• 传入 operator delete[] 函数的参数不是数组对象的指针 pAa，而是 pAa 的值减 4。

new开辟数组时使用()进行初始化

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用new动态创建一维数组时，在方括号后仍然可以加小括号（），但小括号内不能带任何参数。

是否加（）的区别在于

• 不加（），则对数组每个元素的初始化，与执行new T时，所进行初始化的方式相同；

• 加（）则与执行new T（）所进行初始化的方式相同，

例如。如果这样动态生成一个整形数组：

int *p = new int[10]( );

则可以方便地为动态创建的数组用0初始化。

为什么 new/delete 、new []/delete[] 要配对使用？

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其实说了这么多，还没到我写这篇文章的最原始意图。从上面解释的你应该懂了 new/delete、new[]/delete[] 的工作原理了，因为它们之间有差别，所以需要配对使用。但偏偏问题不是这么简单，这也是我遇到的问题，如下这段代码：

int *pia = new int[10];delete []pia;

这肯定是没问题的，但如果把delete []pia; 换成delete pia; 的话，会出问题吗？

new[]分配，delete释放

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这就涉及到上面一节没提到的问题了。上面我提到了在 new [] 时多分配 4 个字节的缘由，因为析构时需要知道数组的大小，但如果不调用析构函数呢（如内置类型，这里的 int 数组）？

我们在new []时就没必要多分配那 4 个字节， delete []时直接到第二步释放为 int 数组分配的空间。如果这里使用delete pia;那么将会调用operator delete函数，传入的参数是分配给数组的起始地址，所做的事情就是释放掉这块内存空间。不存在问题的。

这里说的使用 new [] 用 delete 来释放对象的提前是：对象的类型是内置类型或者是无自定义的析构函数的类类型！

我们看看如果是带有自定义析构函数的类类型，用 new [] 来创建类对象数组，而用 delete 来释放会发生什么？用上面的例子来说明：

class A *pAa = new class A[3];delete pAa;

那么 delete pAa; 做了两件事：

• 调用一次 pAa 指向的对象的析构函数；

• 调用 operator delete(pAa); 释放内存。

显然，这里只对数组的第一个类对象调用了析构函数，后面的两个对象均没调用析构函数，如果类对象中申请了大量的内存需要在析构函数中释放，而你却在销毁数组对象时少调用了析构函数，这会造成内存泄漏。

上面的问题你如果说没关系的话，那么第二点就是致命的了！

直接释放 pAa 指向的内存空间，这个总是会造成严重的段错误，程序必然会奔溃！因为分配的空间的起始地址是 pAa 指向的地方减去 4 个字节的地方。你应该传入参数设为那个地址！

同理，你可以分析如果使用new来分配，用delete []来释放会出现什么问题？是不是总会导致程序错误？

new分配，delete[]释放

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总的来说，记住一点即可：new/delete、new[]/delete[] 要配套使用总是没错的！