C++之内存分配new与delete使用方式
作者：zzh_zao
这篇文章主要介绍了C++之内存分配new与delete使用方式,具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助,如有错误或未考虑完全的地方,望不吝赐教
C++ new 和 delete
在C++中，new 和 delete 是用于动态内存分配和释放的运算符。
它们允许程序在运行时管理堆内存，是实现动态数据结构（如链表、树）和灵活资源管理的基础。
1. 基本语法
new 运算符
- 分配单个对象：
Type* ptr = new Type; // 默认初始化（内置类型值未定义）
Type* ptr = new Type(value); // 直接初始化
Type* ptr = new Type{value}; // 列表初始化（C++11起）- 分配数组：
Type* arr = new Type[size]; // 分配包含size个元素的数组
- 值初始化：
Type* ptr = new Type(); // 值初始化为0或默认构造函数
delete 运算符
- 释放单个对象：
delete ptr; // 调用析构函数（如有）并释放内存
- 释放数组：
delete[] arr; // 释放数组内存，需使用[]告知编译器释放多个对象
2. 工作原理
new 的执行步骤
- 内存分配：调用
operator new（或operator new[]用于数组）分配原始内存。 - 构造函数调用：在分配的内存上调用对象的构造函数（若为类类型）。
delete 的执行步骤
- 析构函数调用：对对象调用析构函数（若为类类型）。
- 内存释放：调用
operator delete（或operator delete[]）释放内存。
3. 深入理解 new 和 delete
原始内存操作
operator new 和 operator delete：
底层函数，可被重载以自定义内存分配行为。
void* operator new(size_t size); // 分配单个对象 void* operator new[](size_t size); // 分配数组 void operator delete(void* ptr); // 释放单个对象 void operator delete[](void* ptr); // 释放数组
示例：
void* raw_memory = operator new(sizeof(int)); // 分配原始内存 int* ptr = static_cast<int*>(raw_memory); // 转换为int指针 *ptr = 42; // 手动赋值 operator delete(ptr); // 释放内存（不调用析构函数）
定位 new（Placement New）
在已分配的内存上构造对象：
void* buffer = operator new(sizeof(MyClass)); // 分配原始内存 MyClass* obj = new (buffer) MyClass(); // 在buffer上构造对象 obj->~MyClass(); // 显式调用析构函数 operator delete(buffer); // 释放内存
4. 数组的动态分配
分配与释放数组
int* arr = new int[10]; // 分配10个int的数组
delete[] arr; // 释放数组
// 多维数组
int** matrix = new int*[5]; // 分配5行
for (int i = 0; i < 5; ++i) {
matrix[i] = new int[10]; // 每行10列
}
// 释放
for (int i = 0; i < 5; ++i) {
delete[] matrix[i];
}
delete[] matrix;数组初始化
int* arr = new int[5]{1, 2, 3, 4, 5}; // C++11起支持列表初始化在对数组进行动态分配时，会自动在之前多分配一块空间用来储存所要开辟的空间个数，以便将来用delete释放空间。
5.new和delete的实现原理
5.1 内置类型
如果申请的是内置类型的空间，new和malloc，delete和free基本类似，不同的地方是：
new/delete申请和释放的是单个元素的空间，new[]和delete[]申请的是连续空间，而且new在申请空间失败时会抛异常，malloc会返回NULL。
5.2 自定义类型
new的原理
- 调用operator new函数申请空间
- 在申请的空间上执行构造函数，完成对象的构造
delete的原理
- 在空间上执行析构函数，完成对象中资源的清理工作
- 调用operator delete函数释放对象的空间
new T[N]的原理
- 调用operator new[]函数，在operator new[]中实际调用operator new函数完成N个对象空间的申请
- 在申请的空间上执行N次构造函数
delete[]的原理
- 在释放的对象空间上执行N次析构函数，完成N个对象中资源的清理
- 调用operator delete[]释放空间，实际在operator delete[]中调用operator delete来释放空间
6. 常见问题与注意事项
内存泄漏
原因：忘记调用 delete 释放 new 分配的内存。
示例：
void leak() {
int* ptr = new int; // 分配内存
// 未释放内存就返回
} // 内存泄漏！悬空指针
原因：释放内存后仍保留指向该内存的指针。
示例：
int* ptr = new int; delete ptr; *ptr = 10; // 悬空指针解引用，未定义行为
重复释放
原因：多次释放同一块内存。
示例：
int* ptr = new int; delete ptr; delete ptr; // 重复释放，未定义行为
混用 delete 和 delete[]
错误示例：
int* arr = new int[10]; delete arr; // 错误！应使用delete[]
对于内置类型，程序会崩溃；而对于自定义类型，程序不会崩溃。
7. 自定义内存管理
重载全局 operator new 和 operator delete
void* operator new(size_t size) {
void* p = malloc(size);
// 可添加内存分配日志、性能监控等
return p;
}
void operator delete(void* p) noexcept {
free(p);
// 可添加内存释放日志等
}类特定的内存管理
class MyClass {
public:
static void* operator new(size_t size) {
// 自定义分配逻辑
return ::operator new(size);
}
static void operator delete(void* p) noexcept {
// 自定义释放逻辑
::operator delete(p);
}
};8. 与C语言内存管理的对比
| 特性 | C++ new/delete | C语言 malloc/free |
|---|---|---|
| 类型安全 | 自动推导类型，无需强制转换 | 需要显式转换（如 (int*)malloc()） |
| 构造/析构函数 | 自动调用构造函数和析构函数 | 不调用构造/析构函数 |
| 初始化 | 支持直接初始化和列表初始化 | 仅分配内存，不初始化值 |
| 数组语法 | 直接使用 new Type[size] | 需要计算总大小（如 malloc(size*sizeof(Type))） |
| 智能指针支持 | 与标准库智能指针无缝配合 | 需手动封装为智能指针 |
malloc/free和new/delete的共同点是：都是从堆上申请空间，并且需要用户手动释放。
不同的地方是：
- malloc和free是函数，new和delete是操作符
- malloc申请的空间不会初始化，new可以初始化
- malloc申请空间时，需要手动计算空间大小并传递，new只需在其后跟上空间的类型即可， 如果是多个对象，[]中指定对象个数即可
- malloc的返回值为void*, 在使用时必须强转，new不需要，因为new后跟的是空间的类型
- malloc申请空间失败时，返回的是NULL，因此使用时必须判空，new不需要，但是new需要捕获异常
- 申请自定义类型对象时，malloc/free只会开辟空间，不会调用构造函数与析构函数，而new在申请空间后会调用构造函数完成对象的初始化，delete在释放空间前会调用析构函数完成空间中资源的清理释放
总结
new/delete 是C++动态内存分配的核心机制，适用于：
- 需要在运行时确定对象生命周期。
- 实现动态数据结构（如链表、树）。
- 优先使用智能指针：现代C++中，
std::unique_ptr和std::shared_ptr能有效避免内存泄漏，提高代码安全性。 - 谨慎手动管理内存：必须确保
new和delete配对使用，避免悬空指针和重复释放。
以上为个人经验，希望能给大家一个参考，也希望大家多多支持脚本之家。