【C++】024、new[]与delete[]配对使用

一、new\[\]与delete\[\]

  • new\[\]与delete\[\]必须配对使用,这是铁律,否则会触发未定义行为

  • 可能会导致程序崩溃,是否崩溃具体还要看,数组中元素类型是否有非平凡析构函数,以及编译器实现是否在分配时记录了元素个数。

  • 乱用delete最坏的情况是内存泄漏,和堆元数据损坏。

二、new\[\]调用的底层操作

当执行 T *p = new Tn; 时编译器除了给数组对象分配内存和调用构造函数外,还做了两个操作:

1、记录元素个数:

  • 为了在delete\[\]时知道需要调用多少次析构函数,编译器通常在返回指针的前方(头部)存储元素个数n

2、返回偏移地址:

  • 返回给p的地址,并不是原始分配内存的起始地址,而是原始地址+头部大小的位置。

数据分配地址示意图:

cpp 复制代码
实际分配的内存块(由堆管理器管理):
┌──────────────┬─────────────────────────────────────┐
│  头部 (Header) │  元素0  │  元素1  │ ... │  元素n-1 │
│ 存储 n 的值   │  (对象)  │  (对象)  │     │  (对象)  │
└──────────────┴─────────────────────────────────────┘
                  ↑
                  p 指向这里(用户拿到的地址)

三、乱用delete的三个场景

1、数组元素有非平凡析构函数(string,自定义类)

  • 错误写法: string *p = new string10; delete p;

部分对象的析构函数未调用,导致内存泄漏

  • 因为delete p 只会调用p0 这一个元素的析构函数,而p1到p9的析构函数完全不被调用,如果这些string内部持有堆内存,这9个字符串的内部内存全部泄漏

堆元数据损坏导致崩溃

  • delete会把p的地址直接传给底层operate delete,也就是free函数,但free需要的是原始分配内存的起始地址(头部之前的地址),现在传给他的事便宜后的地址p,堆管理器找不到对应的头部元数据,会将这块内存的元数据胡乱解析,导致堆内存链表断裂,程序通常不会立刻崩溃,而是会在下一次malloc/free时触发corruption崩溃。

2、数据元素是平凡类型(int char等)

  • 错误写法:int *p = new int10; delete p;

  • int没有析构函数,不会因为析构函数导致内存泄漏问题

  • 而且因为int没有析构函数,p底层地址也不会存储头部计数,传给delete的地址free正好是正确的原始地址。

  • 但是有些编译器会因为开启了优化,导致处理头部对齐策略时立刻发生崩溃。

3、反向调用,用delete\[\]释放new单个对象

  • 错误用法:string *p = new string(); delete\[\] p; 结果会立即崩溃。

  • 原理:delete\[\]会假定p前面有元素个数的头部内存,于是他去p地址的前面读取一个整数当做n,然后试图循环调用n次对象的构造函数。

  • 而p前面的内促是随机垃圾值,n是个天文数字,程序会疯狂调用析构函数,访问非法地址。

四、工程实战原则

  1. 绝对禁止裸new\[\] 和 delete\[\] 出现在业务代码中

  2. 用vector<T> 替代动态数组,内部实现了new\[\]/delete\[\]配对

  3. 如果非要用原始数组,用智能指针unique_ptr<T\[\]>,在析构时会自动调用delete\[\]

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