某日二師兄參加X(jué)XX科技公司的C++工程師開(kāi)發(fā)崗位6面：

面試官： 如何在堆上申請(qǐng)一塊內(nèi)存?

二師兄：常用的方法有malloc，new等。

面試官：兩者有什么區(qū)別？

二師兄：malloc是向操作系統(tǒng)申請(qǐng)一塊內(nèi)存，這塊內(nèi)存沒(méi)有經(jīng)過(guò)初始化，通常需要使用memset手動(dòng)初始化。而new一般伴隨三個(gè)動(dòng)作，向操作系統(tǒng)申請(qǐng)一塊內(nèi)存，并執(zhí)行類型的默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)，然后返回類的指針。

面試官：嗯，那你知道calloc和realloc嗎？

二師兄：calloc比malloc多做了一步，就是把申請(qǐng)的內(nèi)存初始化成0。而realloc則可以改變當(dāng)前指針?biāo)赶虻膬?nèi)存塊的大小。

面試官：好的。那么你知道這些api/操作符失敗會(huì)發(fā)生什么嗎？

二師兄：malloc/calloc/realloc失敗會(huì)返回NULL，而new失敗則會(huì)拋出異常。

面試官：有沒(méi)有讓new失敗不拋出異常的方法？

二師兄：好像有，但是我不記得了。。。

面試官：沒(méi)關(guān)系。。。我們都知道new和delete成對(duì)出現(xiàn)，new[]和delete[]也是成對(duì)出現(xiàn)，那么我想問(wèn)，如果使用new[]創(chuàng)建的對(duì)象用delete釋放了會(huì)發(fā)生什么？為什么？

二師兄：額。。。內(nèi)存泄漏？對(duì)，會(huì)發(fā)生內(nèi)存泄漏。因?yàn)閮?nèi)存沒(méi)有被釋放。

面試官：好的。我們都知道C++中的內(nèi)存管理是一個(gè)比較麻煩的事情，現(xiàn)在有個(gè)需求，需要在程序中記錄主動(dòng)申請(qǐng)的內(nèi)存和主動(dòng)釋放的內(nèi)存，以確保沒(méi)有發(fā)生內(nèi)存泄漏。有什么好的方法嗎？

二師兄：可以重載new和delete運(yùn)算符。

面試官：如何重載new和delete運(yùn)算符？

二師兄：我得查一下資料，這個(gè)重載用的很少。。。

面試官：（笑）好吧，最后一個(gè)問(wèn)題，咱們上面一直在討論堆中的內(nèi)存的分配和釋放，請(qǐng)問(wèn)一下，如果在棧上分配一塊固定的內(nèi)存？棧中的內(nèi)存如何釋放？

二師兄：額。。。（思考）使用 char[size] ? 應(yīng)該不需要手動(dòng)釋放。

面試官：好的，回去等通知吧。

對(duì)于二師兄的表現(xiàn)，小伙伴們能給打幾分呢？我們先看看二師兄在面試中表現(xiàn)不太好的地方：

面試官：有沒(méi)有讓new失敗不拋出異常的方法？

在C++中我們可以使用以下方法使得new運(yùn)算符不拋出異常，

int* p = new (std::nothrow) int(42);
if(p == nullptr)
{
    //分配失敗
}

這個(gè)特性需要C++11支持。

再看下一個(gè)問(wèn)題：

如果使用new[]創(chuàng)建的對(duì)象用delete釋放了會(huì)發(fā)生什么？

一定會(huì)發(fā)生內(nèi)存泄漏嗎？答案是，不一定。這取決于類型T。我們先看第一種情況：

class Foo
{
public:
    Foo():num_(42){}
private:
    int num_;
};

Foo* pf = new Foo[1024];
delete pf;

當(dāng)類型T沒(méi)有管理資源時(shí)，delete pf會(huì)把整個(gè)申請(qǐng)的1024個(gè)Foo所占用的內(nèi)存全部歸還給操作系統(tǒng)，此時(shí)并沒(méi)有內(nèi)存泄漏。再看下一種情況：

class Foo
{
public:
    Foo():num_(new int(42)){}
    ~Foo(){delete num_;}
private:
    int* num_;
};

Foo* pf = new Foo[1024];
delete pf; 

此時(shí)會(huì)造成內(nèi)存泄漏，原因很簡(jiǎn)單。在執(zhí)行delete[]時(shí)，首先逆序執(zhí)行每個(gè)元素的析構(gòu)函數(shù)，然后再把整塊內(nèi)存歸還給操作系統(tǒng)。而delete只會(huì)把內(nèi)存還給操作系統(tǒng)，沒(méi)有執(zhí)行析構(gòu)函數(shù)。當(dāng)類沒(méi)有資源需要管理時(shí)，執(zhí)行與不執(zhí)行析構(gòu)函數(shù)都無(wú)關(guān)緊要，但是當(dāng)類中需要管理資源時(shí)，析構(gòu)函數(shù)的執(zhí)行就至關(guān)重要了。

如何重載new和delete運(yùn)算符？

#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <map>
struct MemoryInfo {
    size_t size;
    const char* file;
    int line;
};

std::map<void*, MemoryInfo> memoryMap;

void* operator new(size_t size, const char* file, int line) {
    void* ptr = std::malloc(size);
    memoryMap[ptr] = {size, file, line};
    return ptr;
}

void operator delete(void* ptr) noexcept {
    auto it = memoryMap.find(ptr);
    if (it != memoryMap.end()) {
        std::free(ptr);
        memoryMap.erase(it);
    }
}

#define new new(__FILE__, __LINE__)

int main() {
    int* p = new int(42);

    for (const auto& [ptr, info] : memoryMap) {
        std::cout << "Memory allocated at " << ptr << " with size " << info.size
                  << " in file " << info.file << " at line " << info.line << std::endl;
    }
    
    delete p;
    
    for (const auto& [ptr, info] : memoryMap) {
        std::cout << "Memory allocated at " << ptr << " with size " << info.size
                  << " in file " << info.file << " at line " << info.line << std::endl;
    }
    return 0;
}

最后一個(gè)問(wèn)題：

如果在棧上分配一塊固定的內(nèi)存？棧中的內(nèi)存如何釋放？

使用alloca，雖然簡(jiǎn)單，但是很多人可能都沒(méi)有接觸過(guò)：

int* p = (int*)alloca(4);
*p = 42;

棧上申請(qǐng)的內(nèi)存不需要手動(dòng)釋放。注意，如果棧溢出，alloca的行為時(shí)未定義的。

好了，今日份面試到這里就結(jié)束了，小伙伴們，對(duì)于今天二師兄的面試，能打幾分呢？

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