C++ new和delete的使用

谁借莪１个温暖的怀抱￠ 2024-03-16 13:53 40阅读 0赞

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#### 文章目录 ####

*  前言
 *  一、new和delete介绍
 *  二、简单使用
 *   *  1.new和delete
     *  2.自定义对象
     *  3.new\[\]和delete\[\]
     *  4.主存耗尽
     *  5.try&catch
     *  6.nothrow
     *  7.看下源代码
 *

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## 前言 ##

new和delete是C++里非常重要的两个关键字，意味着从“自由存储（堆）”分配指定大小的内存和释放掉这些内存。这些用法哪怕初学者也会，但是今天要讲的不是这个。今天要讲的是使用中容易忽视的细节和可能引发的错误

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## 一、new和delete介绍 ##

首先，new和delete总是成对出现，顺序也不能错。一定是先new再delete。其次，new和delete是针对单个对象，还有new\[\]和delete\[\]针对数组。最后，我们先从最简单的使用开始，慢慢带入。

## 二、简单使用 ##

### 1.new和delete ###

这段代码演示针对内置对象的使用。

代码如下（示例）：

#include <iostream>
    using namespace std;
    
    void test_1(){
        
    	auto* p = new int;
    	delete p;
    }

p是指向一块new出来的“自由存储”，delete负责回收掉这块存储。这应该是最简单的用法了，需要注意的是p是局部变量，出了作用域p就被回收了（p在栈里），如果你没有在这里delete p，那么这块存储就一直在，一直不能被回收，直到你的程序结束被系统回收。

当然这还不是p面临的所有问题，还有其他问题后面再说。

### 2.自定义对象 ###

new和delete还可以操作自定义对象。

代码如下（示例）：

#include <iostream>
    
    using namespace std;
    
    struct t{
        
        t()= default;//没有特殊操作
        explicit t(int){
        }//阻止隐式转换
    };
    
    void test_2() {
        
        auto* p = new t;//默认构造
        auto* q = new t(1);//带参构造
        delete p;
        delete q;
    }

用法和内置类型最大的差别就是在构造函数上，构造函数分为有参和无参，new不同的构造函数会调用不同的构造函数，除此之外没有大差别，delete不区分有参和无参，会调用同一个“析构函数”，如果你在自定义对象里面又申请了自由存储，切记在析构里回收掉。

### 3.new\[\]和delete\[\] ###

和new与delete的组合差不多，请看代码:

#include <iostream>
    
    using namespace std;
    
    void test_3(){
        
        auto*p = new int[10];
        delete[] p;
    }

唯一的差别就是new\[\]针对的是数组，delete后面必须要加上\[\]。

### 4.主存耗尽 ###

上面说了test\_1()里面还有一个bug：这个bug在平常使用中不会出现，只有特殊情况才会触发。这个错误我详细描述下：new出来的空间在RAM上，甚至可能还带上一些SWAP空间，这些空间是有限的，当空间不足的时候会抛出一个std::bad\_alloc错误，这个异常你要把它抓住，要不然会导致程序异常终止。具体复现代码请看：

#include <iostream>
    
    using namespace std;
    
    void test_4(){
        
        for(;;)
            auto p = new int[8192];
    }

我建议你复现之前保存下重要工作！我是在windows11上操作的，由于这个系统自带bug，我差点把它玩崩溃掉。  
不出意外的话意外发生了：

terminate called after throwing an instance of 'std::bad_alloc'
      what():  std::bad_alloc

当然系统还给了我另一个提示：  
![在这里插入图片描述][17ed1ef98f4642bb84731bc6f68d295b.png]  
最后画面突然黑了两下，系统短暂卡死！当然，我今天不是来给windows11找bug的，测完这个之后操作系统感觉不太对劲，我重启了它。原因是主存耗尽，引发其它程序也不能正常运行。

这里有一个问题需要特别强调下：因为是模拟主存耗尽，而且是我的程序吃掉了绝大多数的主存，所以最后我的程序同时被操作系统检测到了“问题”，虽然在windows11上没有把我“杀死”，实测在Ubuntu上这么操作是会被操作系统直接杀死的。原因是：为了操作系统的稳定运行，会保留一部分主存给操作系统用，一旦出现主存耗尽的情况，操作系统会自主决定杀死一些“占用大”的程序来保证“自身”的运行。

所以，还有一种情况：本来主存就不足了，而我的程序同时也不是占用最大的那个，操作系统就可能决定不杀死我的程序，转而杀死其它占用大的程序。但是，不代表我们就安全了，我们还面临一个问题，那就是std::bad\_alloc。这个问题怎么解决？

很多人可能没想过这个问题，而事实是绝大多数场景下你都不会面临这个问题。但是，凡事总有万一，如果你不处理这个问题，你的程序就提前终结，这肯定不是你想要的结果。

庆幸的是，C++标准给了我们解决方法，请看下面。

### 5.try&catch ###

没错，它闪亮登场了。只要是异常就归它管，这里的std::bad\_alloc异常是派生自std::exception，我们只要抓住它就可以了。

请看示例：

#include <iostream>
    
    using namespace std;
    
    void test_5() {
        
        try {
        
            auto *p = new int;
            //...
            delete p;
        } catch (bad_alloc &e) {
        
            //...
        }
    }

看起来很完美，唯一的缺点就是每次new都要try&catch，增加了繁琐性。有没有一个稍微简单的方法？请看下面：

### 6.nothrow ###

new和delete可以选择nothrow版本，具体类似于下下面的样子：  
![在这里插入图片描述][9688c4bb706c4676a0f6ca727bf9d682.png]  
意思就是，如果主存耗尽，或者由于其他原因不能正常操作，不抛出异常。

示例代码：

#include <iostream>
    
    using namespace std;
    
    void test_6() {
        
        auto *p = new(nothrow) int;
        if(p){
        
    		//...
    	}
        delete p;
    }

这里new只要加上nothrow参数指名不抛出异常，但也不代表一定申请成功，所以还需要if判断。写法没有try&catch那么臃肿，比较推荐这个方法。

原则上，我们无法知道哪一次new会导致这种问题，所以如果你不想有意外惊喜，又或者确实有这个需要的话，就做一些处理吧。

### 7.看下源代码 ###

C++标准库的源代码对new&delete和new\[\]&delete\[\]分别做了重载。

// Macro for noexcept, to support in mixed 03/0x mode.
    #ifndef _GLIBCXX_NOEXCEPT
    # if __cplusplus >= 201103L
    #  define _GLIBCXX_NOEXCEPT noexcept
    #  define _GLIBCXX_NOEXCEPT_IF(...) noexcept(__VA_ARGS__)
    #  define _GLIBCXX_USE_NOEXCEPT noexcept
    #  define _GLIBCXX_THROW(_EXC)
    # else
    #  define _GLIBCXX_NOEXCEPT
    #  define _GLIBCXX_NOEXCEPT_IF(...)
    #  define _GLIBCXX_USE_NOEXCEPT throw()
    #  define _GLIBCXX_THROW(_EXC) throw(_EXC)
    # endif
    #endif
    
    //@{
        
    /** These are replaceable signatures:
     *  - normal single new and delete (no arguments, throw @c bad_alloc on error)
     *  - normal array new and delete (same)
     *  - @c nothrow single new and delete (take a @c nothrow argument, return
     *    @c NULL on error)
     *  - @c nothrow array new and delete (same)
     *
     *  Placement new and delete signatures (take a memory address argument,
     *  does nothing) may not be replaced by a user's program.
    */
    _GLIBCXX_NODISCARD void* operator new(std::size_t) _GLIBCXX_THROW (std::bad_alloc)
      __attribute__((__externally_visible__));
    _GLIBCXX_NODISCARD void* operator new[](std::size_t) _GLIBCXX_THROW (std::bad_alloc)
      __attribute__((__externally_visible__));
    void operator delete(void*) _GLIBCXX_USE_NOEXCEPT
      __attribute__((__externally_visible__));
    void operator delete[](void*) _GLIBCXX_USE_NOEXCEPT
      __attribute__((__externally_visible__));
    #if __cpp_sized_deallocation
    void operator delete(void*, std::size_t) _GLIBCXX_USE_NOEXCEPT
      __attribute__((__externally_visible__));
    void operator delete[](void*, std::size_t) _GLIBCXX_USE_NOEXCEPT
      __attribute__((__externally_visible__));
    #endif
    _GLIBCXX_NODISCARD void* operator new(std::size_t, const std::nothrow_t&) _GLIBCXX_USE_NOEXCEPT
      __attribute__((__externally_visible__, __alloc_size__ (1), __malloc__));
    _GLIBCXX_NODISCARD void* operator new[](std::size_t, const std::nothrow_t&) _GLIBCXX_USE_NOEXCEPT
      __attribute__((__externally_visible__, __alloc_size__ (1), __malloc__));
    void operator delete(void*, const std::nothrow_t&) _GLIBCXX_USE_NOEXCEPT
      __attribute__((__externally_visible__));
    void operator delete[](void*, const std::nothrow_t&) _GLIBCXX_USE_NOEXCEPT
      __attribute__((__externally_visible__));

从源代码里可以看出：默认的delete和delete\[\]都是noexcept的，默认的new是可以throw的，当我们指定nothrow的时候它就调用noexcept那个版本了。`这个特性是C++11（201103L）以后的版本支持的，切记！`关于C++的版本代号请查询官方文档，这里不再赘述。

`这里有个小插曲：函数声明为noexcept的特性由C++标准提供强保证，简而言之就是C++标准保证声明为new（nothrow）的函数一定不会抛出异常，可以放心大胆地使用。有意思的是，我们自己也可以把一个函数声明为noexcept的，编译器会对其进行优化，当然你也要保证这个函数一定不会抛出异常，假如抛出了会怎么办？你可以自己试一试。`

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总结  
1、总体没什么难度，多注意下就不会出错。  
2、有疑问，或者有不对的地方请在此留言，我可以在邮箱收到提醒邮件。  
3、文明交流，请勿谩骂。

[17ed1ef98f4642bb84731bc6f68d295b.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/16/7766087c42ca4ce5b0c7c0597625a3a2.png
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