面试题：C++中new和delete的基本使用及内存泄漏场景

Question

请描述C++中new和delete操作符的基本用法。并举例说明在使用new和delete进行内存管理时，可能会导致内存泄漏的场景有哪些，以及如何避免这些内存泄漏。

Answer 1

new操作符基本用法

1. 分配单个对象：
   • 语法：type* pointer = new type;
   • 例如：int* num = new int; 这行代码在堆上分配了一个 int 类型的空间，并返回指向该空间的指针，赋值给 num。
   • 也可以在分配时初始化：int* num = new int(5); 这里初始化 int 为 5。
2. 分配数组：
   • 语法：type* pointer = new type[size];
   • 例如：int* arr = new int[10]; 在堆上分配了一个包含 10 个 int 类型元素的数组，并返回指向数组首元素的指针，赋值给 arr。

delete操作符基本用法

1. 释放单个对象：
   • 语法：delete pointer;
   • 例如：int* num = new int; delete num; 释放之前用 new 分配的 int 类型对象。
2. 释放数组：
   • 语法：delete[] pointer;
   • 例如：int* arr = new int[10]; delete[] arr; 释放之前用 new 分配的数组。

可能导致内存泄漏的场景

1. 忘记调用delete：
   • 例如：

void leak1() {
    int* num = new int;
    // 没有调用delete num;
}

• 在函数 leak1 中，分配了一个 int 类型的对象，但没有释放，函数结束时，这块内存无法再被访问，导致内存泄漏。

2. 异常处理不当：

void leak2() {
    int* arr = new int[10];
    try {
        // 可能抛出异常的代码
        throw std::exception();
    } catch(...) {
        // 没有释放arr
    }
}

• 在 leak2 函数中，分配了数组 arr，如果在 try 块中抛出异常，并且 catch 块没有释放 arr，就会导致内存泄漏。

3. 指针赋值丢失：

void leak3() {
    int* num1 = new int;
    int* num2 = num1;
    num1 = nullptr;
    // 此时num1指向nullptr，而num2也没有delete，导致内存泄漏
}

• 这里最初 num1 指向新分配的内存，num2 也指向相同内存，然后 num1 被赋值为 nullptr，而 num2 没有释放内存，造成内存泄漏。

避免内存泄漏的方法

1. 智能指针：
   • std::unique_ptr：

#include <memory>
void noLeak1() {
    std::unique_ptr<int> num(new int);
    // 函数结束时，std::unique_ptr自动调用delete释放内存
}

• std::shared_ptr：

#include <memory>
void noLeak2() {
    std::shared_ptr<int> num(new int);
    // 当引用计数为0时，自动释放内存
    std::shared_ptr<int> num2 = num;
}

2. RAII（Resource Acquisition Is Initialization）：
   • 自定义类来管理资源，在构造函数中分配资源，在析构函数中释放资源。

class Resource {
public:
    Resource() : data(new int) {}
    ~Resource() { delete data; }
private:
    int* data;
};
void noLeak3() {
    Resource res;
    // 函数结束时，res的析构函数会释放分配的内存
}

3. 异常安全处理：
   • 使用智能指针或RAII类在异常发生时能自动释放资源。如果手动管理内存，在 catch 块中正确释放资源。

void noLeak4() {
    int* arr = nullptr;
    try {
        arr = new int[10];
        // 可能抛出异常的代码
        throw std::exception();
    } catch(...) {
        if(arr) {
            delete[] arr;
        }
        throw;
    }
}