眾所周知，如果我們使用new向系統申請了記憶體，我們應該使用指標指向這一塊記憶體，俾能我們使用結束後，通過delete該指標釋放此記憶體資源。

如果理解只達到這種程度，在記憶體管理稍微複雜一點時便一定會束手無策。總有一些事情比其他事情更基本一點，現在我來談談當我們new和delete之後到底發生了什麼。

C++中的五種記憶體

在C++中記憶體分為五個區：堆、棧、自由儲存區、全域性/靜態儲存區和常量儲存區。

1. 堆區：使用者使用new獲得的記憶體在這裡。使用者需要自行管理其宣告週期，也就是說一個new要對應一個delete，如果因為某些原因（之後我會說明一些可能的原因）記憶體沒有被釋放，那麼在程式結束後，會由作業系統自行回收，這顯然不是我們想看到的。
2. 棧區：儲存區域性變數、函式引數等，比方說你在某個函式裡定義了一個int變數a，這個a就存放在棧區。這塊記憶體的生命週期由系統管理，不需要我們去操心。
3. 自由儲存區：用malloc分配的記憶體放置在這裡。這塊記憶體和堆很相似，不過是使用free來釋放記憶體的。
4. 全域性/靜態儲存區：存放全域性變數和靜態變數。
5. 常量儲存區：存放常量，不允許更改。

new和delete

回到我們的主題。先看一段程式碼：

    int *p = new int;
    cout << *p << endl;//輸出-842150451
    cout << &p << endl;//輸出004FFC14
 

    *p = 1;
    cout << *p << endl;//輸出1
    cout << &p << endl;//輸出004FFC14
    delete p;
    cout << *p << endl;//輸出-572662307
    cout << &p << endl;//輸出004FFC14

首先聲明瞭一個整形指標指向我們新開闢的記憶體，但沒有將其顯示初始化也沒有為其賦值。
輸出*p顯示為-842150451。嗯，看起來這是編譯器為我們預設初始化的值。
輸出&p顯示為004FFC14，現在我們知道了我們開闢的記憶體在哪裡。

接下來我們將p指向的值定義為1。
輸出*p顯示為1，很好，這正是我們所期望的。
輸出&p顯示為004FFC14，記憶體地址沒有變化。

接著我們delete p，之後發生了什麼呢？
輸出*p顯示-572662307。對p呼叫delete後我們仍然能取到一個值！
輸出&p顯示004FFC14。哇！還是原來的地址。

從此我們可以看出，delete指標並非將該指標棄置不用，而是將其指向的記憶體中的資料清除，但是指標仍然指向原來的記憶體！

那麼如果我們想按照delete的英文字意，把這個指標從世界上徹底銷燬，需要怎麼做呢？

    p = nullptr;
    cout << *p << endl;//程式到此停止執行
    cout << &p << endl;

將p的值賦為nullptr，現在這個指標才被銷燬了。注意這裡取一個空指標的地址和值的行為，其結果將是未定義的。

神奇的定值

我發現申請相同型別的記憶體時，編譯器都會分配給其一個定製，對於int該值為前面提到的-842150451。同樣delete掉指標後，也會有一個定值為-572662307。我分析了一下其原碼和補碼，沒發現有什麼特殊的，如果你知道這些數字的意義請留言告訴我，謝謝。

關於動態陣列

如果要動態分配一個數組，要在型別名後跟一對方括號，在其中指明要分配的物件的數目，其型別必須是整形但不必是常量。其返回值為指向陣列第一個物件的指標。

int* p = new int[get_size()];

注意這裡分配的記憶體世界上並不是一個數組型別（也不存在這樣的型別），因此不能對動態陣列呼叫begin或end，也不能使用範圍
for語句來處理其中的元素。
為了釋放動態陣列，我們要使用一種特殊形式的delete——在指標前面加上一個空方括號。

delete [] p;

如果這裡我們忘記了方括號，其結果將是未定義的。

再深入一點

class A {
    ;
};
A* pA = new A;
delete pA;

這裡發生了什麼呢？實際上，這段程式裡面隱含呼叫了一些我們沒有看到的東西，那就是：

    static void* operator new(size_t sz);
    static void operator delete(void* p);

值得注意的是，這兩個函式都是static的，所以如果我們過載了這2個函式（我們要麼不過載，要過載就要2個一起行動），也應該宣告為static的，如果我們沒有宣告，系統也會為我們自動加上。另外，這是兩個記憶體分配原語，要麼成功，要麼沒有分配任何記憶體。
回到主題，new A;實際上做了2件事：呼叫opeator new，在自由儲存區分配一個sizeof(A)大小的記憶體空間；然後呼叫建構函式A()，在這塊記憶體空間上類磚砌瓦，建造起我們的物件。同樣對於delete，則做了相反的兩件事：呼叫解構函式~A()，銷燬物件，呼叫operator delete，釋放記憶體。

使用new_handler處理異常

當operator new無法滿足某一記憶體分配需求是，它會丟擲異常。某些舊式編譯器會在此時返回一個null指標，但是現在我們可以使用new_handler定製異常處理行為。
new_handler是個typedef，定義一個指標指向函式，該函式沒有引數也不返回任何東西。
我們使用set_new_handler函式，其引數是個指標，指向operator new無法分配足夠記憶體是該被呼叫的函式，其返回值也是個指標，指向set_new_handler被呼叫前正在執行（但馬上就要被替換）的那個new_handler函式。
更詳盡的內容推薦閱讀《Effective C++》一書的條款49。

使用智慧指標

如果可以，我們應該使用STL提供的shared_ptr和unique_ptr替換原始指標，這樣我們可以不用自行管理記憶體的生命週期，獲得類似JAVA和C#的自動記憶體回收體驗。

    shared_ptr<int> p = make_shared<int>(1);
    shared_ptr<int> q(new int(2));

注意：

1. 不要使用相同的內建指標初始化（或reset）多個智慧指標。
2. 不delete get()返回的指標
3. 不適用get()初始化或reset另一個智慧指標
4. 如果使用了get()返回的指標，記住當最後一個對應的智慧指標銷燬後，你的指標就變為無效了。
5. 不過你使用智慧指標管理的資源不是new分配的記憶體，記住傳遞給它一個刪除器。

allocator類

該類幫助我們將記憶體分配和物件構造分離開來，它分配的記憶體是原始的、未構造的。

allocator<string> alloc;//可以分配string的allocator物件
auto const p = alloc.allocate(n);//分配n個未初始化的string

malloc/free

從C程式設計師轉換過來的C++程式設計師總是有個困惑：new/delete到底究竟和C語言裡面的malloc/free比起來有什麼優勢？或者是一樣的？

1. malloc/free只是對記憶體進行分配和釋放；new/delete還負責完成了建立和銷燬物件的任務。
2. new的安全性要高一些，因為他返回的就是一個所建立的物件的指標，對於malloc來說返回的則是void*，還要進行強制型別轉換，顯然這是一個危險的漏洞。
3. 我們可以對new/delete過載，使記憶體分配按照我們的意願進行，這樣更具有靈活性，malloc則不行。

不過，new/delete也並不是十分完美，大概最大的缺點就是效率低（針對的是預設的分配器），原因不只是因為在自由儲存區上分配（和棧上對比），而且new只是對於堆分配器（malloc/realloc/free）的一個淺層包裝，沒有針對小型的記憶體分配做優化。另外預設分配器具有通用性，它管理的是一塊記憶體池，這樣的管理往往需要消耗一些額外空間。我們可以針對new/delete進行重寫以追求更高的效率，對於這方面更深入的探討可以參考《Effective C++》第八章。