C++ -- 动态内存分配和释放（new/delete）

在 C++ 中，new 和 delete 是用于‌动态内存管理 ‌的核心运算符。它们允许程序在运行时从‌**堆区（Heap/Free Store）**‌申请和释放内存，这与编译时确定大小的栈区内存不同。

以下是 new 和 delete 的详细用法、核心特性及注意事项。

1. 基本语法与步骤

使用堆区内存通常遵循以下四个步骤：

‌声明指针‌：定义一个指向特定类型的指针变量。
‌申请内存 ‌：使用 new 运算符向系统申请内存，并将返回的地址赋值给指针。
‌使用内存 ‌：通过解引用指针（*ptr）或箭头运算符（ptr->member）访问和操作内存中的数据。
‌释放内存 ‌：当不再需要该内存时，使用 delete 运算符释放它，防止内存泄漏。

1.1 单个变量的分配与释放

cpp 复制代码

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    // 1. 声明指针
    int* p = nullptr;

    // 2. 申请内存 (new)
    // 语法: new 数据类型(初始值);
    p = new int(10); // 申请一个 int 大小的内存，并初始化为 10
    
    // 3. 使用内存
    cout << *p << endl; // 输出: 10
    *p = 20;            // 修改值
    cout << *p << endl; // 输出: 20

    // 4. 释放内存 (delete)
    // 语法: delete 指针变量;
    delete p; 
    p = nullptr; // 建议：释放后将指针置空，避免成为野指针

    return 0;
}

1.2 数组的分配与释放

如果需要使用 new 分配数组，必须使用 delete[] 来释放，否则会导致未定义行为（通常表现为内存泄漏或程序崩溃）。

cpp 复制代码

int main() {
    // 1. 申请数组内存
    // 语法: new 数据类型[元素个数];
    int* arr = new int; 

    // 2. 使用数组
    for(int i = 0; i < 5; ++i) {
        arr[i] = i * 10;
    }

    // 3. 释放数组内存
    // 注意：必须使用 delete[]，而不是 delete
    delete[] arr; 
    arr = nullptr;

    return 0;
}

2. new/delete 与 malloc/free 的区别

虽然 C 语言的 malloc/free 也能进行动态内存管理，但 C++ 推荐使用 new/delete，主要区别如下：

cpp 复制代码

class Student {
public:
    Student(int age) : m_age(age) {
        cout << "构造函数被调用" << endl;
    }
    ~Student() {
        cout << "析构函数被调用" << endl;
    }
private:
    int m_age;
};

int main() {
    // 使用 new：自动调用构造函数
    Student* s = new Student(18); 
    
    // 使用 delete：自动调用析构函数
    delete s; 
    
    return 0;
}
// 输出:
// 构造函数被调用
// 析构函数被调用

3. 高级用法与注意事项

3.1 内存分配失败的处理

标准的 new 在失败时会抛出异常。如果你希望它在失败时返回 nullptr 而不是抛出异常，可以使用 nothrow 形式：

cpp 复制代码

#include <new> // 需要包含此头文件

int* p = new (std::nothrow) int;
if (p == nullptr) {
    cout << "内存分配失败" << endl;
} else {
    // 使用内存
    delete[] p;
}

3.2 常见错误与最佳实践

‌匹配使用‌：
- new 对应 delete
- new[] 对应 delete[]
- ‌严禁混用 ‌：用 delete 释放 new[] 分配的数组，或用 free 释放 new 分配的内存，都会导致未定义行为。
‌避免内存泄漏‌：
- 确保每一个 new 都有对应的 delete。
- 如果在 new 之后、delete 之前发生了异常或提前返回，内存可能无法释放。建议使用智能指针（如 std::unique_ptr 或 std::shared_ptr）来自动管理生命周期，这是现代 C++ 的首选方式。
‌避免野指针‌：
- 执行 delete p 后，指针 p 仍然指向原来的地址（即悬空指针）。再次使用 *p 或 delete p 会导致严重错误。
- ‌习惯 ‌：删除后立即将指针赋值为 nullptr (p = nullptr;)。
‌不要重复释放‌：
- 对同一个指针执行两次 delete 是未定义行为。如果指针已置为 nullptr，再次 delete nullptr 是安全的（无操作）。

4. 总结

‌简单类型 ‌：new int(10) -> delete p
‌数组类型 ‌：new int -> delete[] p
‌类对象 ‌：new Class() -> delete p (自动调用构造/析构)
‌现代 C++ 建议 ‌：尽量使用智能指针（std::unique_ptr, std::shared_ptr）替代裸指针的手动 new/delete，以从根本上杜绝内存泄漏和悬空指针问题。