从零实现C++动态数组：append函数中delete[]触发段错误求助

我正在完成一项作业，从零开始实现C++的vector（动态数组），但一整天都遇到问题。append函数存在故障：最初无法接收string输入，现在已能向动态列表添加第一个string，但添加第二个string时，temp数组成功添加该元素，然而第二次delete[]现有的data数组（即之前的temp数组）时触发了段错误。我添加了大量打印语句来定位问题。

由于string是对象，我尝试使用placement new实例化对象块。以下是相关代码文件：

DynamicList.cpp #

#include <iostream>
#include <string>
#include "DynamicList.hpp"
#include <algorithm>
 
//Constructor
template<typename T>
DynamicList<T>::DynamicList(){
        size = 0;
        data = new T[size];
}
 
//Destructor
template<typename T>
DynamicList<T>::~DynamicList(){
        std::cout << "Deleting array of size: " << getSize() << std::endl;
        delete[] data;
 
}
 
//Overloading operators
template<typename T>
DynamicList<T> DynamicList<T>::operator=(DynamicList<T>& obj){
        obj.size = size;
        std::copy(data, data + size, obj.data);
}
template<typename T>
bool DynamicList<T>::operator==(DynamicList<T>& obj){
        if(size != obj.size){
                return false;
        }
        else{
                for(int i = 0; i < size; i++){
                        if(obj.data[i] != data[i]){
                                return false;
                        }
                }
                return true;
        }
 
}
 
template<typename T>
bool DynamicList<T>::operator!=(DynamicList<T>& obj){
        return !(DynamicList<T>::operator==(obj));
}
 
template<typename T>
T DynamicList<T>::operator[](int index){
        for(int i = 0; i < size; i++){
                if(i == index){
                        return data[i];
                }
        }
}
//Returns the size of the list
template<typename T>
int DynamicList<T>::getSize(){
        return size;
}
//Add element to the end of list.
template<typename T>
bool DynamicList<T>::append(T item){
        std::cout << data << std::endl;
        std::cout << item << std::endl;
 
        T* temp = static_cast<T*>(new T(sizeof(T) * (size + 1), alignof(T)));
        if(size > 1){
                for(int i = 0; i < size; i++){
                        T* somePtr = new (&temp[i]) T;
                        *somePtr = data[i];
                }
        }
        T* itemPtr = new (&temp[size]) T;
        *itemPtr = item;
        std::cout << "Ptr made in array slot.\n";
        std::cout << temp << std::endl;
        size++;
        std::cout << "Size increased.\n";
 
        std::cout << data << std::endl;
        std::cout << "AAAAAA\n";
        delete[] data;
        std::cout << "BBBBB\n";
        data = temp;
        std::cout << data[size - 1] << std::endl;
        return true;
}

DynamicList.hpp #

#include <iostream>
#include <string>

#ifndef DYNAMICLIST_H
#define DYNAMICLIST_H

template<typename T>
class DynamicList{

        private:
                int size;
                T* data;
        public:
                //constructor
                DynamicList();
                //destructor
                ~DynamicList();
                //Operator overloaders
                DynamicList operator=(DynamicList& obj);
                bool operator==(DynamicList& obj);
                bool operator!=(DynamicList& obj);
                T operator[](int index);
                //Returns the size of the data array
                int getSize();
                //Add an item to the end of the list
                bool append(T item);
                //Remove an item at an index
                bool remove(int index);
};

#endif

main.cpp #

#include <iostream>
#include <string>
#include "DynamicList.hpp"
#include "DynamicList.cpp"

int main(){

        DynamicList<std::string> stringList;

        stringList.append("test");
        stringList.append("test2");

        return 0;
}

Makefile #

all: DynamicList.hpp DynamicList.cpp main.cpp
        g++ -c DynamicList.cpp
        g++ -c main.cpp
        g++ DynamicList.o main.o -o exec

run: all
        ./exec

clean:
        rm -f *.o
        rm -f exec

错误输出 #

./exec
0x55c688824eb8
test
Ptr made in array slot.
0x55c6888252f0
Size increased.
0x55c688824eb8
AAAAAA
BBBBB
test
0x55c6888252f0
test2
Ptr made in array slot.
0x55c688824eb0
Size increased.
0x55c6888252f0
AAAAAA
make: *** [makefile:8: run] Segmentation fault (core dumped)

1. 内存分配逻辑完全错误：append中创建temp的代码new T(sizeof(T)*(size+1), alignof(T))，并不是分配能容纳size+1个T对象的内存块，而是调用std::string的构造函数，传入整数参数创建了单个string对象。后续访问temp[i]（i≥1）属于越界访问，直接破坏内存结构，最终导致delete[] data时触发段错误。
2. placement new使用错误：条件size>1导致size=1时不会拷贝已有元素；同时，即使拷贝，也没有正确处理原对象的析构逻辑，且内存越界已经导致内存 corruption。
3. 其他潜在问题：赋值运算符operator=逻辑颠倒（修改传入的obj而非当前对象）且无返回值；operator[]未处理越界情况；构造函数new T[0]虽合法但冗余；析构函数未先析构对象就直接释放数组内存。

1. 修正append核心逻辑 #

实现动态数组需先分配原始内存，再用placement new构造对象，最后析构原对象并释放内存：

template<typename T>
bool DynamicList<T>::append(T item){
    // 分配能容纳size+1个T的原始内存
    void* raw_mem = operator new(sizeof(T) * (size + 1));
    T* temp = static_cast<T*>(raw_mem);

    // 拷贝构造已有元素
    for(int i = 0; i < size; ++i){
        new (&temp[i]) T(data[i]);
    }
    // 移动构造新元素（更高效）
    new (&temp[size]) T(std::move(item));

    // 析构原数组的所有对象
    for(int i = 0; i < size; ++i){
        data[i].~T();
    }
    // 释放原内存
    operator delete(data);

    // 更新指针和大小
    data = temp;
    size++;

    return true;
}

2. 修正构造函数 #

template<typename T>
DynamicList<T>::DynamicList() : size(0), data(nullptr) {}

3. 修正赋值运算符（拷贝并交换 idiom） #

保证异常安全且逻辑正确，同时更新头文件声明：

// 头文件声明改为：DynamicList& operator=(DynamicList obj);
template<typename T>
DynamicList<T>& DynamicList<T>::operator=(DynamicList<T> obj){
    std::swap(size, obj.size);
    std::swap(data, obj.data);
    return *this;
}

4. 修正operator[] #

添加越界检查，返回引用支持修改：

// 头文件添加两个版本的声明
template<typename T>
T& DynamicList<T>::operator[](int index){
    if(index < 0 || index >= size){
        throw std::out_of_range("Index out of bounds");
    }
    return data[index];
}

template<typename T>
const T& DynamicList<T>::operator[](int index) const {
    if(index < 0 || index >= size){
        throw std::out_of_range("Index out of bounds");
    }
    return data[index];
}

5. 修正析构函数 #

先析构所有对象再释放内存：

template<typename T>
DynamicList<T>::~DynamicList(){
    for(int i = 0; i < size; ++i){
        data[i].~T();
    }
    operator delete(data);
    std::cout << "Deleting array of size: " << size << std::endl;
}

6. 模板编译注意事项 #

模板类的实现建议直接放在头文件中，或在头文件末尾包含cpp文件（当前main.cpp的做法可行，但不够规范），确保编译器能实例化模板代码。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者John Smith