C++ delete 運算子與函數全解析：正確釋放記憶體、避免洩漏與未定義行為

兩種 delete 的本質區別

delete 運算子執行流程

// delete ps;  其中 ps: string*
ps->~string();           // 1. 呼叫解構函式
operator delete(ps);     // 2. 釋放原始記憶體

陣列形式 delete[] arr; 會依序呼叫每個元素解構函式，再釋放整塊記憶體。

operator delete 重載場景

全域取代

void* operator new(size_t sz) {
    void* p = malloc(sz);
    if (!p) throw std::bad_alloc();
    return p;
}
void operator delete(void* p) noexcept { free(p); }

類別專屬（含陣列版）

class Widget {
public:
    static void* operator new(size_t sz) { return pool_.alloc(sz); }
    static void operator delete(void* p) noexcept { pool_.free(p); }
    static void* operator new[](size_t sz) { return pool_.alloc(sz); }
    static void operator delete[](void* p) noexcept { pool_.free(p); }
private:
    static MemoryPool pool_;
};

Placement New 對應的釋放規則

char buffer[sizeof(Widget)];
Widget* pw = new (buffer) Widget();  // Placement new

// 正確釋放順序
pw->~Widget();          // 顯式呼叫解構函式
// 禁止：delete pw;     // 錯誤！buffer 不在堆積上
// 禁止：operator delete(pw); // 錯誤！同上

Placement new 僅在既有記憶體建構物件，不配置記憶體，故無對應 delete 運算子。

六大核心法則

1. 配置與釋放成對：new 對應 delete，new[] 對應 delete[]，malloc 對應 free，placement new 對應顯式解構
2. 型別必須匹配：以 Base* 刪除 Derived 物件需虛解構函式
3. 釋放後置空：delete p; p = nullptr; 防止雙重釋放與懸空指標
4. 釋放 nullptr 安全：標準保證 delete nullptr 無副作用
5. 陣列與標量不可混用：new T[10] 必須 delete[]，否則未定義行為
6. 自訂配置器需成對重載：重載 operator new 必須重載對應 operator delete

常見錯誤與偵錯技巧

現代 C++ 最佳實踐

• 優先使用 std::unique_ptr、std::shared_ptr、std::vector 等 RAII 容器
• 自訂刪除器：std::unique_ptr<FILE, decltype(&fclose)> fp(fopen(...), fclose);
• 避免裸指標擁有權，new/delete 封裝在建構/解構函式內

徹底理解 delete 的雙重身分與執行語意，是寫出無洩漏、無 UB、高效能 C++ 程式的基石。