自定义operator delete释放malloc内存的指针是否合法？GCC警告是bug吗？

我通过std::malloc分配内存，用placement new构造String类对象，同时为String声明了自定义operator delete，其内部调用std::free释放内存。已知删除非new分配的指针通常非法，但我这个场景是自定义delete适配malloc的情况，代码如下：

#include <memory>
#include <cstdlib>
#include <utility>

class String{
public:
    /*virtual*/ ~String(){}
    static void operator delete(void* p) noexcept;
};

void foo(size_t extraSize){
    if(void* mem = std::malloc(sizeof(String) + extraSize)){
        String* p = new(mem) String;
        delete p;
    }
}

// 该函数定义在其他*.cpp文件中
/*
void String::operator delete(void* p) noexcept{
    std::free(p);
}
*/

用x86-64 GCC 13.2编译后出现如下警告：

<source>: In function 'void foo(size_t)':
<source>:14:16: warning: 'static void String::operator delete(void*)' called on pointer returned from a mismatched allocation function [-Wmismatched-new-delete]
   14 |         delete p;
      |                ^
<source>:12:31: note: returned from 'void* malloc(size_t)'
   12 |     if(void* mem = std::malloc(sizeof(String) + extraSize)){
      |                    ~~~~~~~~~~~^~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
Compiler returned: 0

执行以下任一操作可消除警告：

• 不开启优化编译（移除-O编译选项）
• 在当前翻译单元中定义String::operator delete(void* p)（取消注释最后几行）

结论：这不是GCC的bug #

原因在于：

1. 当自定义operator delete仅在当前翻译单元声明、未提供定义时，GCC在优化模式下无法知晓该函数的实际实现逻辑，只能依据C++默认的内存分配/释放配对规则（new对应delete，malloc对应free）进行诊断，因此触发了不匹配的警告。
2. 当在当前翻译单元提供operator delete的定义后，编译器能明确看到函数内部调用了std::free，确认这个释放操作和malloc的分配是适配的，所以不会再触发警告。
3. 关闭优化时，编译器的静态分析强度降低，没有执行这个配对检查，因此警告消失。

这个警告是编译器的合理诊断行为，目的是防止开发者误将常规delete用于malloc分配的内存（无自定义delete适配的场景），并非编译器bug。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Cooler