C++内存分配与释放：new和delete精要详解

C++作为一门系统级编程语言，赋予了程序员直接管理内存的能力。new和delete运算符是进行动态内存分配与释放的核心工具。与C语言的malloc和free不同，new和delete在分配内存的同时还会调用对象的构造函数和析构函数，实现了真正的对象生命周期管理。

new运算符的运作机制

new运算符的主要功能是在堆内存中动态分配空间。其基本语法格式为：指针 = new 类型。当执行new操作时，系统会完成以下步骤：首先在堆内存中找到足够大小的连续空间，然后调用该类型的构造函数初始化对象，最后返回指向该内存区域的首地址。

• 单个对象分配：int* ptr = new int;
• 带初始化的分配：int* ptr = new int(42);
• 数组对象分配：int* arr = new int[10];

注意：使用new分配数组时，对于自定义类型，会为每个元素调用默认构造函数。如果没有默认构造函数，编译将失败。

delete运算符的正确使用

delete运算符用于释放由new分配的内存，防止内存泄漏。其使用必须与new严格对应：

如果错误地使用delete释放数组，或者用delete[]释放单个对象，将导致未定义行为，通常会造成程序崩溃。

new/delete的高级特性

定位new表达式

定位new允许在已分配的内存上构造对象，这在内存池和自定义内存管理中非常有用：

• void* buffer = malloc(sizeof(MyClass));
• MyClass* obj = new(buffer) MyClass;
• obj->~MyClass; // 必须显式调用析构函数
• free(buffer);

nothrow new

默认情况下，new在分配失败时会抛出std::bad_alloc异常。使用nothrow版本可以避免异常：

int* ptr = new(nothrow) int[1000];
if (ptr == nullptr) {
  // 处理分配失败
}

常见问题与最佳实践

不当使用new和delete会导致多种内存问题：

• 内存泄漏：分配后未释放
• 悬空指针：释放后继续使用
• 重复释放：对同一内存多次调用delete
• 内存碎片：频繁分配释放不同大小内存块

最佳实践建议：

• 在构造函数中分配资源，在析构函数中释放资源（RAII原则）
• 优先使用智能指针（std::unique_ptr, std::shared_ptr）
• new和delete要成对出现，且形式匹配
• 释放后立即将指针设置为nullptr

现代C++的替代方案

随着C++11及后续标准的推出，推荐使用智能指针来管理动态内存：

• std::unique_ptr ptr = std::make_unique(42);
• std::shared_ptr ptr2 = std::make_shared(100);
• std::vector vec; // 替代动态数组

这些现代特性自动管理内存生命周期，大大减少了内存泄漏和悬空指针的风险，使代码更安全、更易于维护。