重载operator delete[]与析构函数的关联问题解析

我实现了一个TvectorPublic类，通过重载operator new[]和operator delete[]来追踪内存分配与释放情况：

class TvectorPublic
{
public:
    int x, y, z;
    
    TvectorPublic(int x_1 = 0,int y_1 = 0,int z_1 = 0) : x(x_1),y(y_1),z(z_1)
    {}

    void m_DoubleValue()
    {
        x *= 2;
        y *= 2;
        z *= 2;
    }

    void m_AddingValue(int value)
    {
        x += value;
        y += value;
        z += value;
    }

    void* operator new[](size_t size_1)
    {
        std::cout << "Creating TvectorPublic object.\n";
        std::cout << "Reserving memory: " << size_1 << " bytes.\n";

        return (::new char[size_1]);
    }

    void operator delete[](void* pointer, size_t size_1) noexcept
    {
        if (pointer)
        {
                std::cout << "\nDeleting TvectorPublic object.\n";
            std::cout << "Freeing memory: " << size_1 << " bytes.\n";

            ::delete[] static_cast<char*>(pointer);
        }
    }
};

在main函数中创建该类的对象数组：

TvectorPublic* pointer_1 = new TvectorPublic[3];
std::cout << "\n";

for (int i = 0; i < 3; i++)
{
    std::cout << pointer_1[i] << "\n";
}
std::cout << "\n";

delete[] pointer_1;

运行后发现：分配的内存为36字节，但仅释放了12字节；当为类添加如下空析构函数后：

~TvectorPublic()
{
    std::cout << "DestructorCalled\n";
}

分配和释放的内存均变为40字节，异常消失。以下是针对问题的解答：

1. 未定义析构函数时为何出现内存泄漏？编译器为何不生成默认析构函数？ #

先澄清一个误区：编译器会生成默认析构函数，这里的问题和析构函数是否生成无关，而是数组delete[]调用重载函数时的参数匹配问题。

当类里只有内置类型（比如这里的int），没有用户定义的析构函数时，编译器认为不需要逐个调用对象的析构函数——反正析构也不会做任何操作。这时候new[]分配的就是3个对象的总大小：3 * sizeof(TvectorPublic) = 3*12=36字节。但调用delete[]时，编译器没法正确把总内存大小传递给你重载的带size_t参数的operator delete[]，它可能只传递了单个对象的大小12字节，导致你追踪到的释放大小是12，但实际上全局的delete[]还是释放了整个36字节的内存，并没有真的泄漏，只是追踪显示的数值错了。

2. 添加空析构函数后，内存占用为何增加4字节？ #

当类有用户定义的析构函数时，new[]必须额外分配一块内存来存数组元素的个数（32位系统下是4字节，64位是8字节）——因为delete[]需要知道要调用多少次析构函数。所以总内存大小就变成了：4字节计数 + 3*12字节对象 = 40字节，这就是你看到内存多了4字节的原因。

3. 为何只有添加析构函数后，全部内存才会被释放？（创建单个对象时无此异常） #

单个对象的new/delete不需要记录元素个数，所以不管有没有析构函数，operator new/delete拿到的参数都是单个对象的正确大小，不会出问题。

而数组场景下：

• 没有用户析构函数时，编译器不需要那个计数头，new[]直接分配36字节，但delete[]调用你重载的带size_t参数的版本时，没法正确传递总内存大小，只能传单个对象的12字节，导致你追踪到的释放数值不对，但实际内存没漏。
• 有用户析构函数时，new[]分配了带计数头的40字节，delete[]通过计数头能算出总内存大小，把40正确传递给你的重载函数，所以追踪显示的分配和释放大小一致，看起来就像“全部内存被释放”了。

另外补充：C++标准里，带size_t参数的operator delete[]，只有编译器能确定内存块大小时才会传递正确的数值。有析构函数的数组场景，编译器能通过计数头拿到总大小；没析构函数的数组场景，编译器没法准确获取，就传递了错误的size值。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Jakub