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　　在 C++ 中，你也許經(jīng)常使用 new 和 delete 來動態(tài)申請和釋放內(nèi)存，但你可曾想過以下問題呢？

　　new 和 delete 是函數(shù)嗎？

　　new [] 和 delete [] 又是什么？什么時候用它們？

　　你知道 operator new 和 operator delete 嗎？

　　為什么 new [] 出來的數(shù)組有時可以用 delete 釋放有時又不行？

　　…

　　如果你對這些問題都有疑問的話，不妨看看我這篇文章。

　　new 和 delete 到底是什么？

　　如果找工作的同學看一些面試的書，我相信都會遇到這樣的題：sizeof 不是函數(shù)，然后舉出一堆的理由來證明 sizeof 不是函數(shù)。在這里，和 sizeof 類似，new 和 delete 也不是函數(shù)，它們都是 C++ 定義的關(guān)鍵字，通過特定的語法可以組成表達式。和 sizeof 不同的是，sizeof 在編譯時候就可以確定其返回值，new 和 delete 背后的機制則比較復雜。

　　繼續(xù)往下之前，請你想想你認為 new 應該要做些什么？也許你第一反應是，new 不就和 C 語言中的 malloc 函數(shù)一樣嘛，就用來動態(tài)申請空間的。你答對了一半，看看下面語句：

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

　　你就可以看出 new 和 malloc 還是有點不同的，malloc 申請完空間之后不會對內(nèi)存進行必要的初始化，而 new 可以。所以 new expression 背后要做的事情不是你想象的那么簡單。在我用實例來解釋 new 背后的機制之前，你需要知道 operator new 和 operator delete 是什么玩意。

　　operator new 和 operator delete

　　這兩個其實是 C++ 語言標準庫的庫函數(shù)，原型分別如下：

　　void *operator new(size_t);     //allocate an object

　　void *operator delete(void *);    //free an object

　　void *operator new[](size_t);     //allocate an array

　　void *operator delete[](void *);    //free an array

　　后面兩個你可以先不看，后面再介紹。前面兩個均是 C++ 標準庫函數(shù)，你可能會覺得這是函數(shù)嗎？請不要懷疑，這就是函數(shù)！C++ Primer 一書上說這不是重載 new 和 delete 表達式（如 operator= 就是重載 = 操作符），因為 new 和 delete 是不允許重載的。但我還沒搞清楚為什么要用 operator new 和 operator delete 來命名，比較費解。我們只要知道它們的意思就可以了，這兩個函數(shù)和 C 語言中的 malloc 和 free 函數(shù)有點像了，都是用來申請和釋放內(nèi)存的，并且 operator new 申請內(nèi)存之后不對內(nèi)存進行初始化，直接返回申請內(nèi)存的指針。

　　我們可以直接在我們的程序中使用這幾個函數(shù)。

　　new 和 delete 背后機制

　　知道上面兩個函數(shù)之后，我們用一個實例來解釋 new 和 delete 背后的機制：

　　我們不用簡單的 C++ 內(nèi)置類型來舉例，使用復雜一點的類類型，定義一個類 A：

　　class A

　　{

　　public:

　　A(int v) : var(v)

　　{

　　fopen_s(&file, "test", "r");

　　}

　　~A()

　　{

　　fclose(file);

　　}

　　private:

　　int var;

　　FILE *file;

　　};

　　很簡單，類 A 中有兩個私有成員，有一個構(gòu)造函數(shù)和一個析構(gòu)函數(shù)，構(gòu)造函數(shù)中初始化私有變量 var 以及打開一個文件，析構(gòu)函數(shù)關(guān)閉打開的文件。

　　我們使用

　　class *pA = new A(10);

　　來創(chuàng)建一個類的對象，返回其指針 pA。如下圖所示 new 背后完成的工作：

　　簡單總結(jié)一下：

　　首先需要調(diào)用上面提到的 operator new 標準庫函數(shù)，傳入的參數(shù)為 class A 的大小，這里為 8 個字節(jié)，至于為什么是 8 個字節(jié)，你可以看看《深入 C++ 對象模型》一書，這里不做多解釋。這樣函數(shù)返回的是分配內(nèi)存的起始地址，這里假設是 0x007da290。

　　上面分配的內(nèi)存是未初始化的，也是未類型化的，第二步就在這一塊原始的內(nèi)存上對類對象進行初始化，調(diào)用的是相應的構(gòu)造函數(shù)，這里是調(diào)用 A:A(10); 這個函數(shù)，從圖中也可以看到對這塊申請的內(nèi)存進行了初始化，var=10, file 指向打開的文件。

　　最后一步就是返回新分配并構(gòu)造好的對象的指針，這里 pA 就指向 0x007da290 這塊內(nèi)存，pA 的類型為類 A 對象的指針。

　　所有這三步，你都可以通過反匯編找到相應的匯編代碼，在這里我就不列出了。

　　好了，那么 delete 都干了什么呢？還是接著上面的例子，如果這時想釋放掉申請的類的對象怎么辦？當然我們可以使用下面的語句來完成：

　　delete pA;

　　delete 所做的事情如下圖所示：

　　delete 就做了兩件事情：

　　調(diào)用 pA 指向?qū)ο蟮奈鰳?gòu)函數(shù)，對打開的文件進行關(guān)閉。

　　通過上面提到的標準庫函數(shù) operator delete 來釋放該對象的內(nèi)存，傳入函數(shù)的參數(shù)為 pA 的值，也就是 0x007d290。

　　好了，解釋完了 new 和 delete 背后所做的事情了，是不是覺得也很簡單？不就多了一個構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)的調(diào)用嘛。

　　如何申請和釋放一個數(shù)組？

　　我們經(jīng)常要用到動態(tài)分配一個數(shù)組，也許是這樣的：

　　string *psa = new string[10];      //array of 10 empty strings

　　int *pia = new int[10];           //array of 10 uninitialized ints

　　上面在申請一個數(shù)組時都用到了 new [] 這個表達式來完成，按照我們上面講到的 new 和 delete 知識，第一個數(shù)組是 string 類型，分配了保存對象的內(nèi)存空間之后，將調(diào)用 string 類型的默認構(gòu)造函數(shù)依次初始化數(shù)組中每個元素；第二個是申請具有內(nèi)置類型的數(shù)組，分配了存儲 10 個 int 對象的內(nèi)存空間，但并沒有初始化。

　　如果我們想釋放空間了，可以用下面兩條語句：

　　delete [] psa;

　　delete [] pia;

　　都用到 delete [] 表達式，注意這地方的 [] 一般情況下不能漏掉！我們也可以想象這兩個語句分別干了什么：第一個對 10 個 string 對象分別調(diào)用析構(gòu)函數(shù)，然后再釋放掉為對象分配的所有內(nèi)存空間；第二個因為是內(nèi)置類型不存在析構(gòu)函數(shù)，直接釋放為 10 個 int 型分配的所有內(nèi)存空間。

　　這里對于第一種情況就有一個問題了：我們?nèi)绾沃?psa 指向?qū)ο蟮臄?shù)組的大小？怎么知道調(diào)用幾次析構(gòu)函數(shù)？

　　這個問題直接導致我們需要在 new [] 一個對象數(shù)組時，需要保存數(shù)組的維度，C++ 的做法是在分配數(shù)組空間時多分配了 4 個字節(jié)的大小，專門保存數(shù)組的大小，在 delete [] 時就可以取出這個保存的數(shù)，就知道了需要調(diào)用析構(gòu)函數(shù)多少次了。

　　還是用圖來說明比較清楚，我們定義了一個類 A，但不具體描述類的內(nèi)容，這個類中有顯示的構(gòu)造函數(shù)、析構(gòu)函數(shù)等。那么 當我們調(diào)用

　　class A *pAa = new A[3];

　　時需要做的事情如下：

　　從這個圖中我們可以看到申請時在數(shù)組對象的上面還多分配了 4 個字節(jié)用來保存數(shù)組的大小，但是最終返回的是對象數(shù)組的指針，而不是所有分配空間的起始地址。

　　這樣的話，釋放就很簡單了：

　　delete pAa;

　　這里要注意的兩點是：

　　調(diào)用析構(gòu)函數(shù)的次數(shù)是從數(shù)組對象指針前面的 4 個字節(jié)中取出；

　　傳入 operator delete[] 函數(shù)的參數(shù)不是數(shù)組對象的指針 pAa，而是 pAa 的值減 4。

　　為什么 new/delete 、new []/delete[] 要配對使用？

　　其實說了這么多，還沒到我寫這篇文章的最原始意圖。從上面解釋的你應該懂了 new/delete、new[]/delete[] 的工作原理了，因為它們之間有差別，所以需要配對使用。但偏偏問題不是這么簡單，這也是我遇到的問題，如下這段代碼：

　　int *pia = new int[10];

　　delete []pia;

　　這肯定是沒問題的，但如果把 delete []pia; 換成 delete pia; 的話，會出問題嗎？

　　這就涉及到上面一節(jié)沒提到的問題了。上面我提到了在 new [] 時多分配 4 個字節(jié)的緣由，因為析構(gòu)時需要知道數(shù)組的大小，但如果不調(diào)用析構(gòu)函數(shù)呢（如內(nèi)置類型，這里的 int 數(shù)組）？我們在 new [] 時就沒必要多分配那 4 個字節(jié)， delete [] 時直接到第二步釋放為 int 數(shù)組分配的空間。如果這里使用 delete pia;那么將會調(diào)用 operator delete 函數(shù)，傳入的參數(shù)是分配給數(shù)組的起始地址，所做的事情就是釋放掉這塊內(nèi)存空間。不存在問題的。

　　這里說的使用 new [] 用 delete 來釋放對象的提前是：對象的類型是內(nèi)置類型或者是無自定義的析構(gòu)函數(shù)的類類型！

　　我們看看如果是帶有自定義析構(gòu)函數(shù)的類類型，用 new [] 來創(chuàng)建類對象數(shù)組，而用 delete 來釋放會發(fā)生什么？用上面的例子來說明：

　　class A *pAa = new class A[3];

　　delete pAa;

　　那么 delete pAa; 做了兩件事：

　　調(diào)用一次 pAa 指向的對象的析構(gòu)函數(shù)；

　　調(diào)用 operator delete(pAa); 釋放內(nèi)存。

　　顯然，這里只對數(shù)組的第一個類對象調(diào)用了析構(gòu)函數(shù)，后面的兩個對象均沒調(diào)用析構(gòu)函數(shù)，如果類對象中申請了大量的內(nèi)存需要在析構(gòu)函數(shù)中釋放，而你卻在銷毀數(shù)組對象時少調(diào)用了析構(gòu)函數(shù)，這會造成內(nèi)存泄漏。

　　上面的問題你如果說沒關(guān)系的話，那么第二點就是致命的了！直接釋放 pAa 指向的內(nèi)存空間，這個總是會造成嚴重的段錯誤，程序必然會奔潰！因為分配的空間的起始地址是 pAa 指向的地方減去 4 個字節(jié)的地方。你應該傳入?yún)?shù)設為那個地址！