面试题：C++ 中为什么 new[] 和 delete[] 一定要配对使用？

在 C++ 中，new[] 和 delete[] 必须配对使用，因为它们的行为与 new 和 delete 有本质区别。混用 new[] 和 delete 或 new 和 delete[] 会导致未定义行为（undefined behavior），可能引发程序崩溃或内存泄漏。

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为什么 new[] 和 delete[] 必须配对使用？

1. 内存分配和释放的机制不同

• new[]：
  • 用于分配数组内存。
  • 除了分配内存外，还会调用每个数组元素的构造函数。
  • 在分配的内存块中可能会存储数组的大小（用于 delete[] 正确释放内存）。
• delete[]：
  • 用于释放数组内存。
  • 除了释放内存外，还会调用每个数组元素的析构函数。
  • 需要知道数组的大小，以便正确调用析构函数并释放内存。
• new：
  • 用于分配单个对象的内存。
  • 只调用单个对象的构造函数。
• delete：
  • 用于释放单个对象的内存。
  • 只调用单个对象的析构函数。

2. 内存布局可能不同

• new[] 可能会在分配的内存块中存储数组的大小，而 new 不会。
• 如果使用 delete 释放 new[] 分配的内存，可能会导致：
  • 只调用第一个元素的析构函数，而其他元素的析构函数未被调用。
  • 内存释放不完整，导致内存泄漏或程序崩溃。

3. 未定义行为

• 混用 new[] 和 delete 或 new 和 delete[] 是未定义行为，具体表现取决于编译器和运行时环境，可能导致：
  • 程序崩溃。
  • 内存泄漏。
  • 数据损坏。

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示例分析

1. 正确用法

class MyClass {
public:
    MyClass() { std::cout << "Constructed!" << std::endl; }
    ~MyClass() { std::cout << "Destroyed!" << std::endl; }
};

int main() {
    MyClass* arr = new MyClass[3]; // 调用 3 次构造函数
    delete[] arr; // 调用 3 次析构函数
    return 0;
}

输出：

Constructed!
Constructed!
Constructed!
Destroyed!
Destroyed!
Destroyed!

2. 错误用法（混用 new[] 和 delete）

int main() {
    MyClass* arr = new MyClass[3]; // 调用 3 次构造函数
    delete arr; // 未定义行为：只调用第一个元素的析构函数
    return 0;
}

可能的输出：

Constructed!
Constructed!
Constructed!
Destroyed!

• 只有第一个元素的析构函数被调用，其他元素的析构函数未被调用。
• 内存释放不完整，可能导致内存泄漏或程序崩溃。

3. 错误用法（混用 new 和 delete[]）

int main() {
    MyClass* obj = new MyClass; // 调用 1 次构造函数
    delete[] obj; // 未定义行为：尝试释放未分配的内存
    return 0;
}

可能的输出：

Constructed!

• 程序可能崩溃或产生不可预测的行为。

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总结

• new[] 和 delete[] 必须配对使用，因为它们专门用于数组的内存管理。
• new 和 delete 必须配对使用，因为它们专门用于单个对象的内存管理。
• 混用会导致未定义行为，可能引发程序崩溃、内存泄漏或数据损坏。

这个问题考察的是对 C++ 内存管理机制的理解，尤其是 new[] 和 delete[] 的特殊行为。