非常适合以“深入剖析 new 和 delete 的使用与底层实现”为主题撰写 C/C++ 系列中的内存管理专章。以下是专为你定制的详细教程文章提纲与内容，适合用于技术博客、系列连载或视频脚本中。

🔍 内存管理 –《Hello C++ World!》(8)

(C/C++) 深入剖析 new 和 delete 的使用与底层实现

📚 目录

  1. new 和 delete 是什么？
  2. malloc vs new：本质区别
  3. new/delete 的使用范式
  4. 底层实现解析（C++ operator new）
  5. 自定义 operator new 和 operator delete
  6. C++ 中构造与析构的关系
  7. new[] 与 delete[] 背后的机制
  8. C++17/20 中的新特性：aligned new、placement new
  9. 面试延伸：new 和 delete 到底做了什么？
  10. 实战建议与最佳实践

1. new 和 delete 是什么？

new 和 delete 是 C++ 中的运算符，用于 动态分配和释放内存，其本质是对 malloc/free 的封装加上 对象构造/析构。

int* p = new int(10);   // 分配并初始化
delete p;               // 释放并调用析构函数

2. malloc vs new：本质区别

特性malloc/freenew/delete
所属语言C / C++C++ 专用
内存分配是是
构造函数调用否✅ 自动调用构造函数
类型安全否，返回 void*✅ 强类型
操作符重载否✅ 可重载 operator new
异常安全返回 NULL抛出 std::bad_alloc

3. new/delete 的使用范式

普通用法：

MyClass* obj = new MyClass();     // 构造函数自动调用
delete obj;                       // 析构函数自动调用

数组用法：

int* arr = new int[100];          // 分配100个int空间
delete[] arr;                     // 必须使用 delete[]

4. 底层实现解析

// 实际上，new 运算符分为两步：
1. 分配内存：调用 ::operator new()
2. 构造对象：调用构造函数（placement new）

// delete 运算符也分为两步：
1. 调用析构函数
2. 释放内存：调用 ::operator delete()

对应伪代码：

// new T(args) 展开如下：
void* mem = operator new(sizeof(T));  // 第一步：分配内存
T* obj = new (mem) T(args);           // 第二步：placement new

5. 自定义 operator new 和 operator delete

你可以在类中重载 operator new 来控制分配策略：

class MyClass {
public:
    static void* operator new(size_t size) {
        std::cout << "MyClass::operator new\n";
        return ::operator new(size); // 默认分配
    }

    static void operator delete(void* ptr) {
        std::cout << "MyClass::operator delete\n";
        ::operator delete(ptr);
    }
};

6. 构造与析构关系（隐藏细节）

new MyClass();  // 隐含：malloc + placement new
delete ptr;     // 隐含：调用析构函数 + free

注意：如果构造函数抛异常，则 operator delete 会自动调用清理资源！

7. new[] 与 delete[] 背后的机制

数组 new[] 分配的内存结构中会 额外存储元素数量信息，以便 delete[] 正确调用每个元素的析构函数。

示例说明：

MyClass* arr = new MyClass[3];
// 内部可能会：存储 3，然后构造3个对象

delete[] arr;
// 内部：先析构 arr[2], arr[1], arr[0]，再释放内存

8. C++ 新特性：aligned new、placement new

C++17 对齐分配：

void* p = ::operator new(64, std::align_val_t(64));
::operator delete(p, std::align_val_t(64));

Placement new：

char buffer[sizeof(MyClass)];
MyClass* obj = new (buffer) MyClass();  // 在 buffer 上构造对象
obj->~MyClass();                        // 手动析构

9. 面试延伸：new/delete 底层调用流程

new = operator new + 构造函数
delete = 析构函数 + operator delete

内存池、自定义分配器等高级性能优化技术，都是通过重载 operator new/delete 实现的。

10. 实战建议与最佳实践

✅ 使用 new/delete 替代 malloc/free，获取构造/析构语义
✅ 始终成对使用 new/delete 或 new[]/delete[]
❌ 切勿混用 new 与 free（或 malloc 与 delete）
✅ 对性能要求高时，考虑重载 new 实现对象池
✅ 可借助智能指针避免手动 delete（如 std::unique_ptr）

📌 小结

new 和 delete 是 C++ 的内存管理核心。相比 malloc/free，它们具备：

  • 类型安全
  • 构造析构自动调用
  • 可自定义操作符重载
  • 与现代 C++ 兼容性强（如智能指针、RAII）

理解其底层实现，是迈向性能优化、内存调优、内存池设计的重要一步！