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目录

0.1 概述&序言

一、C/C++内存分布

1.1 内存五区

1.2 一道面试题引入

二、C语言的动态内存管理

2.1 malloc 家族

三、C++的new/delete

3.1 为什么 C++ 要自己搞一套？

3.2 new/delete 操作内置类型

3.3 new/delete 操作自定义类型

四、new的底层原理：operator new

4.1 new 到底干了什么

4.2 面试扩展

4.3 小贴士：delete[] 怎么知道要调几次析构？

五、定位new表达式（placement new）

5.1 概念

六、malloc/free与new/delete的区别（面试高频）

七、内存泄漏

7.1 概念与危害

7.2 两类泄漏

7.3 如何检测与避免

十、最终总结

0.1 概述&序言

程序跑着跑着内存越占越多，最后卡死崩溃；想写个交换函数，int、double、char 各写一遍，烦不烦？本篇就解决这两大痛点：搞懂 C++ 的 new/delete 与内存管理，再学会用模板一份代码通吃所有类型。读完你就能避开内存泄漏，写出更优雅的通用代码。

一、C/C++内存分布

1.1 内存五区

先说结论：

C/C++ 程序的内存分为五大区域：栈、堆、数据段（静态区）、代码段（常量区）、内存映射段。

一句话口诀：“栈向下，堆向上，数据静态，代码常量。”

• 栈（Stack）：函数参数、非静态局部变量、函数返回值等。编译器自动分配回收，向下增长（地址从高到低）。
• 堆（Heap）：程序员手动申请（malloc/new）、手动释放（free/delete），向上增长。
• 数据段（静态区）：全局变量、static 变量。已初始化的在 .data 段，未初始化的在 .bss 段（自动置 0）。
• 代码段（常量区）：函数体（二进制指令）、字符串常量、const 修饰的全局常量。
• 内存映射段：文件映射、动态库加载、匿名映射等，了解即可。

那为什么栈向下长、堆向上长？因为栈和堆共享中间的空闲区域，相向增长才能最大化利用这段内存，避免浪费。

1.2 一道面试题引入

int globalVar = 1; // ? static int staticGlobalVar = 1; // ? int main() { static int staticVar = 1; // ? int localVar = 1; // ? int num1[10] = { 1,2,3,4 }; // ? char char2[] = "abcd"; // ? const char* pChar3 = "abcd"; // ? int* ptr1 = (int*)malloc(sizeof(int) * 4); // ? free(ptr1); return 0; }

答案：

• globalVar、staticGlobalVar、staicVar:数据段（静态区）
• localVar、num1、char2：栈
• pChar3：栈（指针本身在栈上）；它指向的 “abcd”：代码段（字符串常量）
• ptr1：栈（指针本身在栈上）；malloc 出来的空间：堆

坑点：char2是数组，“abcd” 被拷贝到了栈上，所以char2可以修改；而pChar3指向的是代码段里的常量字符串，只读不可改——pChar3[0] = 'A';会直接崩溃（段错误）。

二、C语言的动态内存管理

2.1 malloc 家族

• malloc(size)：只开空间，不初始化，内容是随机的。
• calloc(n, size)：开 n 个 size 大小的空间，并初始化为 0。
• realloc(ptr, size)：调整空间大小（原地扩或另找新地+拷贝）。
• free(ptr)：释放空间。

注意事项：

• malloc失败返回 NULL（不像 new 会抛异常），所以必须判空。
• free 之后建议把指针置空（ptr = NULL;），防止野指针。
• free(NULL)是安全的（空操作），可以放心判空后再 free。

三、C++的new/delete

3.1 为什么 C++ 要自己搞一套？

malloc 只能开空间。对于自定义类型，它完全不知道"构造函数"“析构函数"是什么。拿 malloc 开一个类对象的空间，这个对象就是个"死对象”——成员没初始化、资源没人收尸。

口诀：malloc 只管租地，new 负责盖楼装修（开空间 + 调构造）。

3.2 new/delete 操作内置类型

int* p1 = new int; // 开一个 int（值未初始化） int* p2 = new int(10); // 开一个 int，初始化为 10 int* p3 = new int[10]; // 开 10 个 int 的数组 int* p4 = new int[10]{ 1,2,3 }; // C++11：前三个为1,2,3，其余为0 delete p1; delete p2; delete[] p3; // 数组必须用 delete[] delete[] p4;

原则：new[] 必须配对 delete[]，new 配对 delete。混用属于未定义行为，会出事。

3.3 new/delete 操作自定义类型

class A { public: A() { cout << "A()" << endl; } ~A() { cout << "~A()" << endl; } }; int main() { A* pa = new A; // 输出 A()：new 会调用构造函数 delete pa; // 输出 ~A()：delete 会调用析构函数 A* pb = (A*)malloc(sizeof(A)); // 只开空间，什么都不输出 free(pb); // 只释放空间，什么都不输出 return 0; }

如图：这就是 new/delete 和 malloc/free 最本质的区别：new/delete 会调构造和析构，malloc/free 不会。

四、new的底层原理：operator new

4.1 new 到底干了什么

先说结论：

new = operator new（封装 malloc 开空间）+ 调用构造函数。

delete = 调用析构函数 + operator delete（封装 free 释放空间）。

注意：operator new不是new操作符，它是一个库函数，原型是void* operator new(size_t size);，底层就是对 malloc 的封装；区别在于空间申请失败时抛异常（bad_alloc），而不是返回 NULL。

所以new A翻译到底层就是：

// new A; 的等价伪代码 void* p = operator new(sizeof(A)); // 1.开空间（底层是malloc） A* pa = new(p) A; // 2.在p上调用构造函数（这就是定位new）

4.2 面试扩展

• operator new/operator delete是可以被重载的（内存池的常用手法，进阶篇细讲）。
• 直接调用operator new(100)等价于 malloc，返回 void*，不会调构造函数。

4.3 小贴士：delete[] 怎么知道要调几次析构？

考虑A* p = new A[10]; delete[] p;——delete[] 需要调 10 次析构，可它只拿到一个指针，怎么知道是 10 个？

先说结论：

new T[n] 在开空间时，会偷偷多开一小块空间记录对象个数（MSVC 是 4 字节，GCC 是 8 字节），delete[] 靠它知道该调多少次析构。

以MSVC x86环境下为例：

using namespace std; class A { public: A(int n = 0) :_a(n) { cout << "A()" << endl; } ~A() { cout << "~A()" << endl; } private: int _a; }; int main() { A* p2 = new A[10]; delete[]p1; int* p3 = new int[10]; delete[]p2; return 0; }

打开其反汇编：观察p1所开空间;

除了10个类型的40个字节空间外还多开了4个字节的空间，这4个字节空间便是用来记录开了多少个对象。

这就是为什么如果用free会报错的原因，free（p2）将忽略前面开的4个字节的空间，进而从空间中间开始释放内存，这是编译器所不允许的。

内置类型p3没有析构函数，编译器通常会省掉这块记录，所以delete[]内置类型数组才显得"和 delete 没啥区别"——但这不代表可以混用，原则不变：new[] 配 delete[]。

五、定位new表达式（placement new）

5.1 概念

先说结论：

定位 new 是在已经分配好的内存上构造对象，只调构造函数、不重新开空间。

语法：new(地址) 类型(参数);

class A { public: A(int n) : _n(n) { cout << "A(" << _n << ")" << endl; } ~A() { cout << "~A()" << endl; } private: int _n; }; int main() { A* pa = (A*)operator new(sizeof(A)); // 1.手动开空间 new(pa) A(2026); // 2.在pa上定位构造 pa->~A(); // 3.手动调析构 operator delete(pa); // 4.手动释放空间 return 0; }

口诀：new(地址)对象——在别人的地上盖房，房子归我管，但地皮不是我的。

定位 new 在内存池、共享内存等"空间已经有了、只差对象"的场景大有用处，了解即可。

六、malloc/free与new/delete的区别（面试高频）

先说结论：

七、内存泄漏

7.1 概念与危害

先说结论：

内存泄漏：程序申请了内存，用完不释放（或释放不了），内存白白被占用。

危害：内存越用越少，轻则程序变卡，重则进程被系统杀死；对服务器、游戏这类长期运行的程序尤其致命。

7.2 两类泄漏

1. 堆内存泄漏：malloc/new 之后忘了 free/delete，最常见。
2. 系统资源泄漏：文件句柄、socket、锁等没关闭。占的不是堆内存，但同样是资源流失。

7.3 如何检测与避免

• 谁申请谁释放，成对写：写 new 之前先把 delete 写好，养成习惯。
• 使用RAII 思想：把资源交给对象管理，对象析构时自动释放——这正是智能指针做的事（下期预告！）。
• 检测工具了解即可：Linux 下的 Valgrind、VS 的诊断工具/内存泄漏检测器（进阶篇细讲）。

八、最终总结

1. 内存五区：栈、堆、数据段、代码段、内存映射段；栈向下、堆向上
2. malloc 只开空间；new = 开空间 + 调构造（底层是 operator new，失败抛异常）
3. new[] 配 delete[]（delete[] 靠隐藏计数器知道调几次析构）；new 配 delete
4. 定位 new 在已有空间上构造对象，不重新开空间
5. 内存泄漏是"借了不还"，RAII/智能指针是正道

好了本期内容就到这里，如果对你有帮助，不要忘记点赞三连一波哦，我是白杨，我们下期见。