[CPP] new delete

前言

今天我们来谈一谈CPP中很关键的两个操作 new 和 delete ，关于他们与析构函数的关系、动态分配的内存空间、new array ( new[] ) 和 delete array ( delete[] ) 配套出现的原因以及我们可能产生误解的内存泄漏的形式。

与构造析构函数的羁绊

在一般 CPP 书中，作者都会告诉读者在调用 new 来动态创建一个对象时，会先分配空间，再调用构造函数。在调用 delete 回收空间时，会先调用析构函数，再释放内存。这里我引用第一篇攻略里的 complex 类，来深入了解其内部原理。

假设我们动态创建一个 complex 对象：

Complex *p = new Complex();

编译器会将其转化为三步：

Complex *p;

void *mem = operator new ( sizeof Complex ) ; // 1 分配内存
p = static_cast<Complex*> ( mem ) ;           // 2 类型转换
p->Complex::Complex(p) ;                      // 3 构造函数

第一步的 operator new 就是一个函数，内部会调用malloc(sizeof Complex)分配一块内存。

第二步进行类型转换，从 void 指针转为 Complex 指针。

第三步则调用 Complex 构造函数来为内存中的两个 double 赋值。其中传进去的 p 本身就是 this 指针，指向对象自己那一片内存。

我们回收资源：

delete p;

编译器会转化为两步：

Complex::~Complex(p); // 1 析构函数
operator delete(p);   // 2 释放内存

第一步调用析构函数，如果类的设计者有什么事情要在析构函数里干(比如释放成员指针指向的内存)，那么就去干，没有则调用默认的析构函数。

第二步的 operator delete 同上也是一个函数，内存会调用free(p);来释放对应的内存。

内存空间初探

当我们在调用 new 和 delete 时，内存空间究竟是怎么样的，认识这一点对于我们理解 new 和 delete 是很有帮助的，但是不同的编译器提高的方案略有不同，不过大体上的思想一致，本节就以 VC++ 编译器的做法来展示，g++ 类似。

给出两个例子：





其中头尾的 cookie 表示分配的内存块的大小，注意到图里不是写错了，而是 cookie 最低的一位表示这个内存块是被分配的内存块。除此之外，分配的内存块大小必须是16的倍数，这里说的是字节，所以16就是00000011。

在 delete 的时候，就是看的 cookie 的大小来释放内存，由 cookie 来显示大小，有 cookie 来释放内存块。

delete array

我们说 new array 和 delete array 就是 new[] 和 delete[] 。我们常说 new[] 必须由 delete[] 来收回空间，否则就会造成内存泄漏。那么是怎么个泄漏法呢？

首先来看一下 new[] 的内存块：





与 new 不同的是 new[] 会多出一个 field 来表示计数器，比如上面白色的部分，不过同样需要16字节对齐。

如果使用 delete[] 来回收内存，那么需要调用 n 次析构函数，再释放内存：



但是只使用 delete ，那么只会调用 1 次析构函数，但是那一块内存同样释放了。再次提醒，内存释放需要看 cookie 大小，cookie是多大，就释放多大的空间。



因此造成内存泄漏，实际上是没有调用足够次数的析构函数。所以我们知道，对于没有指针的类，光用 delete 来释放内存是完全 OK 的，但是有指针的类，会因为没有调用析构函数造成内存泄漏。

总结

我们发现，new[] 的内存块有时候不需要 delete[] 来配套使用，但是 new delete 一起使用，new[] delete[] 一起使用是基本素养。

Reference

C++面向对象高级编程, 侯捷.