C++中operator new与placement new使用后的内存释放合法性疑问

1. 标准实现：合法且符合规范 #

你给出的第一种写法是该场景下的标准合规实现，在C++14及所有后续标准中均有效：

#include <new>

void f(std::size_t n) {
    void* buf = ::operator new(sizeof(SomeClass) + n);
    SomeClass* obj = new(buf) SomeClass;

    // 使用obj进行操作

    obj->~SomeClass();
    ::operator delete(buf);
}

• 流程清晰：先通过::operator new分配足够容纳SomeClass与额外n字节的内存，再用placement new在该内存块上构造对象；
• 销毁逻辑正确：手动调用析构函数完成对象资源清理，再通过原分配的buf指针释放整块内存；
• 兼容性：C11到C20及之后版本均支持，无版本差异。

2. 用obj转void*调用::operator delete：合法（前提未重载placement new） #

第二种写法的合法性依赖默认placement new的行为：

#include <new>

void f(std::size_t n) {
    void* buf = ::operator new(sizeof(SomeClass) + n);
    SomeClass* obj = new(buf) SomeClass;

    // 使用obj进行操作

    obj->~SomeClass();
    ::operator delete(static_cast<void*>(obj));
}

在你假设未重载new的前提下，C++标准规定：默认的placement new（即void* operator new(std::size_t, void*)）会直接返回传入的内存指针。同时::operator new返回的内存地址满足SomeClass的对齐要求，因此obj与buf地址完全一致。此时将obj转为void*传给::operator delete，等价于传入原buf指针，完全合法。

若自定义了SomeClass的placement new，则需确保该重载返回的指针与::operator new分配的起始地址一致，否则会导致未定义行为。

3. 直接delete obj：完全不合法 #

第三种写法存在严重的标准违规问题：

#include <new>

void f(std::size_t n) {
    void* buf = ::operator new(sizeof(SomeClass) + n);
    SomeClass* obj = new(buf) SomeClass;

    // 使用obj进行操作

    delete obj;
}

C++标准明确规定：delete表达式仅能用于普通new表达式（即new SomeClass形式）创建的对象。而placement new构造的对象不属于普通new表达式的产物：

• delete obj会先调用SomeClass的析构函数（这一步本身没问题），但随后会调用::operator delete(obj)；
• 普通delete默认认为分配的内存大小是sizeof(SomeClass)，但实际分配的是sizeof(SomeClass)+n。即便部分编译器可能“碰巧”运行正常，这仍属于未定义行为，在任何C++版本中均不合法。

4. 重载带参数的operator new后用delete obj：合法（需注意细节） #

你补充的重载写法合法，且在C++14及后续标准中均有效：

#include <new>

enum class ExtraSpace : std::size_t {}; 

void* operator new(std::size_t size, ExtraSpace n) {
    return ::operator new(size + static_cast<std::size_t>(n));
}

void f(std::size_t n) {
    SomeClass* obj = new(ExtraSpace(n)) SomeClass;

    // 使用obj进行操作

    delete obj;
}

合法性依据： #

1. C++标准允许重载带参数的operator new，对应的new(ExtraSpace(n)) SomeClass表达式会调用该重载，分配sizeof(SomeClass)+n的内存后构造对象；
2. 对象构造成功后，delete obj会先调用SomeClass的析构函数，随后调用普通的::operator delete(void*)；
3. obj就是重载operator new返回的起始指针，符合::operator delete的参数要求，因此完全合法。

注意事项： #

• 若需处理构造异常，建议同时重载对应的placement delete：void operator delete(void*, ExtraSpace)，这样当SomeClass构造函数抛出异常时，编译器会自动调用该重载释放内存；
• 该写法在C11及之后版本均有效，C03中支持重载带参数的operator new，但enum class是C11引入的，如需兼容C03需改为普通枚举或其他参数类型。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Noam Elul