面试题：C++中delete与delete []在复杂内存布局场景下的应用

Question

假设有一个复杂的数据结构，其中包含嵌套的动态数组，例如`int*** complexArr = new int**[3];`，每个`int**`又指向包含不同数量`int*`的数组，且每个`int*`指向不同大小的`int`数组。请详细描述如何正确使用`delete`和`delete []`来释放这一复杂数据结构的内存，同时分析在这个过程中如果错误使用`delete`和`delete []`可能引发的内存问题及其原理。

Answer 1

1. 释放内存的正确方法：

   • 对于最外层的动态数组int*** complexArr = new int**[3];，因为它是使用new []分配的，所以需要使用delete []来释放：

     for(int i = 0; i < 3; ++i) {
         int** innerArr = complexArr[i];
         if(innerArr != nullptr) {
             // 确定innerArr中int*数组的大小，假设可以通过某种方式获取到大小为sizeInner
             int sizeInner = getSizeOfInnerArray(innerArr);
             for(int j = 0; j < sizeInner; ++j) {
                 int* subInnerArr = innerArr[j];
                 if(subInnerArr != nullptr) {
                     // 确定subInnerArr中int数组的大小，假设可以通过某种方式获取到大小为sizeSubInner
                     int sizeSubInner = getSizeOfSubInnerArray(subInnerArr);
                     delete [] subInnerArr;
                 }
             }
             delete [] innerArr;
         }
     }
     delete [] complexArr;
     

   • 这里假设了两个函数getSizeOfInnerArray和getSizeOfSubInnerArray来获取内部数组的大小，实际应用中需要根据具体的数据结构设计来实现这两个函数。

2. 错误使用delete和delete []可能引发的内存问题及其原理：

   • 错误1：使用delete释放使用new []分配的数组：
     • 问题：可能导致内存泄漏和未定义行为。
     • 原理：new []分配内存时，除了分配对象所需的内存，还会额外记录数组的大小等信息（具体实现依赖于编译器）。delete []知道如何找到并正确释放这些额外信息以及数组中的所有对象。而delete只释放单个对象的内存，它不知道数组的大小，不会释放额外记录的数组大小信息，从而导致内存泄漏。同时，这是未定义行为，因为程序尝试以错误的方式释放内存，可能导致程序崩溃或其他不可预测的结果。
   • 错误2：使用delete []释放使用new分配的单个对象：
     • 问题：同样会导致未定义行为。
     • 原理：delete []期望释放的内存块是由new []分配的，它会按照数组的方式去释放内存，即尝试根据额外记录的数组大小信息来多次调用对象的析构函数（如果对象有析构函数）。但对于单个对象，内存布局并非数组形式，这就会导致程序访问越界等未定义行为，可能破坏内存中的其他数据，进而导致程序崩溃。