内存分配和0大小：我可以得到内存泄漏吗？

Question

我的问题在代码注释中：

int* a = new int[0];// I've expected the nullptr according to my logic...
bool is_nullptr = !a; // I got 'false'
delete[] a; // Will I get the memory leaks, if I comment this row?

谢谢。

- Andrey Bushman

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通常情况下没有人会这样做，但如果尺寸是一个可为零的变量呢？ - Some programmer dude

此外，问题的实际应用也很有趣。分配0字节有任何实际用途吗？还是只是一个概念性问题？ - Kolyunya

是的，如果你调用malloc(0)，你会得到一个有效的指针（显然不应该尝试对其进行写入）。你确实需要"free"它。对于new/delete同样适用。 - selbie

@selbie 调用 malloc(0) 可能会返回一个可以传递给 free 的有效指针，也可能返回 NULL。这是实现定义的。 - Some programmer dude

@Kolyunya 我的意思是，如果您有一个变量来表示大小，该变量来自某个地方（文件、用户、数据库等），并且您使用该变量进行分配。如果您不必为零大小添加特殊情况，则代码很可能会更容易编写。 - Some programmer dude

Answer 1

对于C++11，鉴于您的代码：

int* a = new int[0];

根据5.3.4/7规定，零是一种合法的尺寸：

当noptr-new-declarator表达式的值为零时，调用分配函数来分配一个没有元素的数组。

按照18.6.1.2所述，调用的运算符如下（强调为本人添加）：

void* operator new[](std::size_t size);

...

3 必要行为：与operator new(std::size_t)的要求相同。此要求对该函数的替代版本具有约束力。

4 默认行为：返回operator new(size)。

...参考18.6.1.1...

void* operator new(std::size_t size);

3 要求行为：返回一个适当对齐的存储器的非空指针（请参见 3.7.4），否则抛出 bad_alloc 异常。此要求对此函数的替代版本具有约束力。

因此，返回的指针必须是非空的。

您需要在使用完后delete[]它。

- Tony Delroy

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Bjarne Stroustrup回答我说：operator new总是返回一个指向对象的指针（如果内存不足则抛出bad_alloc异常）。如果你没有使用delete来释放new分配的内存，就会造成内存泄漏。泄漏的内存量取决于具体实现，可能是两个或三个字。 - Andrey Bushman

@Bush: 坦白说，我感到有点难过，因为你浪费了他的时间来做一件你已经被告知过的事情，但是没办法…… - Tony Delroy

我的问题已经被B. Stroustrup回答了，在你的回答被标记为“答案”之后。 - Andrey Bushman

Answer 2

在C++03中，new int[0]会导致未定义的行为，因为[]之间的值必须是严格正值 - 零是不好的（5.3.4/6 "New"）。因此，在这之后询问是否存在内存泄漏在某种意义上是无意义的。

在C++11中，new int[0]会调用分配器来分配零长度数组（5.3.4/7 "New"）。如果分配请求成功，则会返回一个指针 - 标准没有说明该指针所指向的块包含多少内存，除了它必须至少是请求的大小。然而，它至少具有分配至少一个字符的效果，因为该地址不能再次由分配器返回，直到它被释放。在实践中，簿记开销将超过一个字符。

- Michael Burr

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哦，我不知道C++03和C++11之间有这个区别，非常有趣。C++03包括语言“_new-expression_返回数组的初始元素指针（如果有）”（重点是我的）。当在C++11中阅读这段文字时，我以为它是处理计数为零的情况，但既然它也存在于C++03中，也许它还用于处理非抛出形式返回null的情况？ - James McNellis

关于C++03的评论完全不正确。在C++03（§5.3.4/6）中：“直接new声明符中的表达式应具有带非负值的整数或枚举类型（3.9.1）。” 0是一个非负值。（实际上，自C++98以来没有任何更改。） - James Kanze

每个常量表达式...都应该评估为严格正值（标准强调）。这是关于代码的讨论，例如从标准中提取的new float [n] [5]，其中5（常量表达式）应该是正数（并在编译时评估），而n（表达式）应该是非负数（并在运行时评估）。 - anatolyg

Answer 3

是的，有一个泄漏问题，并且它不依赖于实现。

这个新表达式无法产生空指针。它通过调用operator new[]来分配内存，该函数必须“返回适当对齐的存储器的非空指针，否则抛出bad_alloc异常”（参见C++11 §18.6.1.1/3和§18.6.1.2/3）。

此外，分配函数的要求（§3.7.4.1）要求每次调用分配函数返回一个指针，该指针与已分配但尚未释放的所有其他指针都不同。因此，实现不能简单地具有单个“空分配”指针，它总是返回该指针。

因此，每个数组形式的new表达式都会分配某些东西，即使大小为零。如果您不通过delete[]释放该对象，则会导致泄漏。

- James McNellis

Answer 4

是的，如果没有delete，就会出现内存泄漏。

每个new都必须与delete配对使用。即使程序员分配的大小为0，分配器也可能分配比请求更多的内存，因为需要对齐、管理开销或其他原因。

- Juraj Blaho

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它将如何成为内存泄漏？会泄漏多少内存？ - Kolyunya

@Kolyunya 我想这取决于内存分配器。 - David Brown

此外，分配器必须为每个 new int[0] 请求返回一个新指针，并且这些指针在所有分配中必须是唯一的。很明显，在一些未跟随 delete 的 new 操作之后，将会用尽指针。 - user4815162342

Answer 5

在这种情况下，返回nullptr还是不返回由实现定义，但你需要小心，不要对指针进行解引用，同时不调用delete会导致内存泄漏。

关于调用delete的规则很简单：如果你调用了new，就必须调用delete。

修正：正如其他答案中所引用的，它不可能返回nullptr。

- Alok Save

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如果在这个例子中你不调用 delete，会发生什么？会泄漏多少内存？ - Kolyunya

@Kolyunya：如果您不调用delete，则分配的任何内存（取决于实现）都将泄漏。唯一确定的是它将是非零的。 - Alok Save

我曾经认为如果你分配了 0 字节就没有什么需要删除的...谢谢你提供的信息。 - Kolyunya

它不依赖于实现。new T[0] 不能产生 nullptr。 - James McNellis

@Kolyunya 内存分配器通常需要分配额外的簿记结构来存储堆块，因此即使是0字节的块也会有一些开销。通常每个堆块的开销约为8-16字节，但它可能会有所变化（并且取决于实现）。 - Thomas