起因
最近一直在看 《C++程序设计》 ，不得不说华章推出的“黑皮书”系列质量是真的高。在这本书的“动态内存管理“这一章里，有以下代码：
double *array = new delete[3];
delete[] array;这段代码用 new[] 操作符创建了一个 double 数组，然后用 delete[] 操作符将数组删除。
实践
这就让我很不解啊， C++ 又不知道我创建的数组的长度，如何做到删除呢？我为此专门试了一下。为方便观察，增加了赋值和输出。
第一次实验
代码如下：
#include <iostream>
using namespace std;
int main(void)
{
double *array = new double[3]{1,2,3};
cout<<array<<endl;
cout<<array[0]<<endl;
cout<<array[1]<<endl;
cout<<array[2]<<endl;
delete[] array;
cout<<array<<endl;
cout<<array[0]<<endl;
cout<<array[1]<<endl;
cout<<array[2]<<endl;
return 0;
}输出如下：
0xe31760
1
2
3
0xe31760
7.35363e-317
7.35022e-317
3整个事情就魔幻起来了，看样子，C++ 成功删除了数组的第1，2 个元素，但第三个元素没有删除。对了，g++ 编译器配置如下：
PS C:\Users\peler>g++ -v
Using built-in specs.
COLLECT_GCC=g++
COLLECT_LTO_WRAPPER=D:/Strawberry/c/bin/../libexec/gcc/x86_64-w64-mingw32/8.3.0/lto-wrapper.exe
Target: x86_64-w64-mingw32
Configured with: ../../../src/gcc-8.3.0/configure --host=x86_64-w64-mingw32 --build=x86_64-w64-mingw32 --target=x86_64-w64-mingw32 --prefix=/mingw64 --enable-shared --enable-static --disable-multilib --enable-languages=c,c++,fortran,lto --enable-libstdcxx-time=yes --enable-threads=posix --enable-libgomp --enable-libatomic --enable-lto --enable-graphite --enable-checking=release --enable-fully-dynamic-string --enable-version-specific-runtime-libs --enable-libstdcxx-filesystem-ts=yes --disable-libstdcxx-pch --disable-libstdcxx-debug --disable-bootstrap --disable-rpath --disable-win32-registry --disable-nls --disable-werror --disable-symvers --with-gnu-as --with-gnu-ld --with-arch=nocona --with-tune=core2 --with-libiconv --with-system-zlib --with-gmp=/opt/build/prerequisites/x86_64-w64-mingw32-static --with-mpfr=/opt/build/prerequisites/x86_64-w64-mingw32-static --with-mpc=/opt/build/prerequisites/x86_64-w64-mingw32-static --with-isl=/opt/build/prerequisites/x86_64-w64-mingw32-static --with-pkgversion='x86_64-posix-seh, Built by strawberryperl.com project' --with-bugurl=https://sourceforge.net/projects/mingw-w64 CFLAGS='-O2 -pipe -fno-ident -I/opt/build/x86_64-830-posix-seh-rt_v6/mingw64/opt/include -I/opt/build/prerequisites/x86_64-zlib-static/include -I/opt/build/prerequisites/x86_64-w64-mingw32-static/include' CXXFLAGS='-O2 -pipe -fno-ident -I/opt/build/x86_64-830-posix-seh-rt_v6/mingw64/opt/include -I/opt/build/prerequisites/x86_64-zlib-static/include -I/opt/build/prerequisites/x86_64-w64-mingw32-static/include' CPPFLAGS=' -I/opt/build/x86_64-830-posix-seh-rt_v6/mingw64/opt/include -I/opt/build/prerequisites/x86_64-zlib-static/include -I/opt/build/prerequisites/x86_64-w64-mingw32-static/include' LDFLAGS='-pipe -fno-ident -L/opt/build/x86_64-830-posix-seh-rt_v6/mingw64/opt/lib -L/opt/build/prerequisites/x86_64-zlib-static/lib -L/opt/build/prerequisites/x86_64-w64-mingw32-static/lib ' LD_FOR_TARGET=/opt/build/x86_64-830-posix-seh-rt_v6/mingw64/bin/ld.exe
Thread model: posix
gcc version 8.3.0 (x86_64-posix-seh, Built by strawberryperl.com project)问题
不看不知道，一看吓一跳。问题出现了，我电脑中的 g++ 居然是 StrawberryPerl 中的，用了这么久都没发现，肯定是系统变量的问题，真是 “C生万物” 啊。虽然我觉得这不会影响运行结果，但我还是修改了一下，现在版本正常：
PS C:\Users\peler> g++ -v
Using built-in specs.
COLLECT_GCC=D:\MinGW\bin\g++.exe
COLLECT_LTO_WRAPPER=d:/mingw/bin/../libexec/gcc/i686-w64-mingw32/11.2.0/lto-wrapper.exe
Target: i686-w64-mingw32
Configured with: ../source/gcc-11.2.0/configure --build=x86_64-pc-linux-gnu --target=i686-w64-mingw32 --host=i686-w64-mingw32 --disable-shared --enable-static --disable-nls --disable-multilib --prefix=/home/hendrik/mingw/target/mingw-w64-i686 --with-sysroot=/home/hendrik/mingw/target/mingw-w64-i686 --with-mpc=/home/hendrik/mingw/target/pkgs/mpc/mpc-1.2.1-x86_64 --with-mpfr=/home/hendrik/mingw/target/pkgs/mpfr/mpfr-4.1.0-x86_64 --with-gmp=/home/hendrik/mingw/target/pkgs/gmp/gmp-6.2.1-x86_64 --with-isl=/home/hendrik/mingw/target/pkgs/isl/isl-0.18-x86_64 --enable-languages=c,c++ --enable-fully-dynamic-string --enable-lto
Thread model: win32
Supported LTO compression algorithms: zlib
gcc version 11.2.0 (GCC)第二次实验
代码还是一样的：
#include <iostream>
using namespace std;
int main(void)
{
double *array = new double[3]{1,2,3};
cout<<array<<endl;
cout<<array[0]<<endl;
cout<<array[1]<<endl;
cout<<array[2]<<endl;
delete[] array;
cout<<array<<endl;
cout<<array[0]<<endl;
cout<<array[1]<<endl;
cout<<array[2]<<endl;
return 0;
}
输出：
0x11215a0
1
2
3
0x11215a0
1.64077e-303
2
0这就更悬了， g++ 把数组第二项保留，其余的删除了。
第三次实验
我开始怀疑是类型的问题，于是把代码修改了，还增加了列表长度：
#include <iostream>
using namespace std;
int main(void)
{
int *array = new int[10]{10,20,30,40,50,60,70,80,90,100};
cout<<array<<endl;
cout<<array[0]<<endl;
cout<<array[1]<<endl;
cout<<array[2]<<endl;
cout<<array[3]<<endl;
cout<<array[4]<<endl;
cout<<array[5]<<endl;
cout<<array[6]<<endl;
cout<<array[7]<<endl;
cout<<array[8]<<endl;
cout<<array[9]<<endl;
delete[] array;
cout<<array<<endl;
cout<<array[0]<<endl;
cout<<array[1]<<endl;
cout<<array[2]<<endl;
cout<<array[3]<<endl;
cout<<array[4]<<endl;
cout<<array[5]<<endl;
cout<<array[6]<<endl;
cout<<array[7]<<endl;
cout<<array[8]<<endl;
cout<<array[9]<<endl;
return 0;
}结果:
0x1b015a0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0x1b015a0
28341288
28311744
30
40
50
60
70
80
90
100和上面大同小异吧，还是没有完全删除。
第四次实验
我又想到换一个编译器尝试，信息如下：
Microsoft Visual Studio Community 2019
版本 16.11.11
VisualStudio.16.Release/16.11.11+32228.343
Microsoft .NET Framework
版本 4.8.04161
已安装的版本: Community
Visual C++ 2019 00435-00000-00000-AA668
Microsoft Visual C++ 2019
Microsoft Visual C++ 向导 1.0
Microsoft Visual C++ 向导
Microsoft Visual Studio VC 软件包 1.0
Microsoft Visual Studio VC 软件包运行同上的代码，由于有成熟的 DEBUG 系统，在输出删除数组的值时报错了：
有趣的是，错误信息是：
引发了异常: 读取访问权限冲突。
**array** 是 0x8123。与 g++ 不同，原本指向被删除的数组的指针被改变了，并且不是变为 nullptr ，试了好几次，都是 0x8123 。这可能是什么特定的值吧。这让我联想起机械硬盘删除数据的方法——把删除的地方标记为空，但数据却没有消失，只是在等待下一次存数据时覆盖掉。 Visual C++ 的策略是不是也如此，删除数组时只将指针指向一个特定值，把原来的空间在系统的内存管理里标记为空？
第五次实验
我又专门写了以下代码尝试：
#include <iostream>
using namespace std;
int main(void)
{
int* array = new int[10]{ 10,20,30,40,50,60,70,80,90,100 };
int* array_copy = array;
cout << array << endl;
cout << array[0] << endl;
cout << array[1] << endl;
cout << array[2] << endl;
cout << array[3] << endl;
cout << array[4] << endl;
cout << array[5] << endl;
cout << array[6] << endl;
cout << array[7] << endl;
cout << array[8] << endl;
cout << array[9] << endl;
delete[] array;
cout << array << endl;
cout << array_copy << endl;
cout << array_copy[0] << endl;
cout << array_copy[1] << endl;
cout << array_copy[2] << endl;
cout << array_copy[3] << endl;
cout << array_copy[4] << endl;
cout << array_copy[5] << endl;
cout << array_copy[6] << endl;
cout << array_copy[7] << endl;
cout << array_copy[8] << endl;
cout << array_copy[9] << endl;
return 0;
}输出如下：
0129F918
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
00008123
0129F918
-572662307
-572662307
-572662307
-572662307
-572662307
-572662307
-572662307
-572662307
-572662307
-572662307
E:\ProgramProject\VisualStudioProjects\Visual C++\test\test\Debug\test.exe (进程 1752)已退出，代码为 0。
要在调试停止时自动关闭控制台，请启用“工具”->“选项”->“调试”->“调试停止时自动关闭控制台”。
按任意键关闭此窗口. . .删除成功了！原来位置的值变了！不过也是好几次都是 -572662307 。这个有时间在讨论，暂且先放在这儿。
探究
那回到原本的问题，C++是怎么知道我的数组有多少个呢？我想到几点可能：
猜想
- C++保存了列表长度等信息
- C++像读取链表一样，判断下一个元素是不是赋过值的。如果是，删除；否则，结束。
想归想，但由于能力不够，还是得用万能的搜索引擎，参考的网址放在附录了。大概意思就是我猜想的第一条，C++会在数组前面保存数组的信息。如图：
####验证
代码如下：
#include <iostream>
using namespace std;
int main(void)
{
int* p = new int[10];
int n1 = *((int*)p - 1);
int n2 = *((int*)p - 2);
int n3 = *((int*)p - 3);
int n4 = *((int*)p - 4);
cout << n1 << endl;
cout << n2 << endl;
cout << n3 << endl;
cout << n4 << endl;
return 0;
}输出：
-33686019
161
40
1
E:\ProgramProject\VisualStudioProjects\Visual C++\test\test\Debug\test.exe (进程 13416)已退出，代码为 0。
要在调试停止时自动关闭控制台，请启用“工具”->“选项”->“调试”->“调试停止时自动关闭控制台”。
按任意键关闭此窗口. . .第三行的 40 就是数组的长度，用 40/sizeof(int) 可以算出来，为 10 ，和实际一样。严谨起见，其它条件不变，将 “定义数组” 的一行改为：
int* p = new int[20];再次实验，输出如下：
-33686019
163
80
1
E:\ProgramProject\VisualStudioProjects\Visual C++\test\test\Debug\test.exe (进程 12092)已退出，代码为 0。
要在调试停止时自动关闭控制台，请启用“工具”->“选项”->“调试”->“调试停止时自动关闭控制台”。
按任意键关闭此窗口. . .第三行变为 80 ，以 40/sizeof(int) 计算，结果为20。
###思考
真相大白了，写一些自己的想法。
对C++的看法
在我看来，C++ 将 C 提升到了一个新的高度 可以说，将 “C是套了一层壳的汇编” 提升到了 “高级程序设计语言” （从另一个层面说， C++ 定义了 “高级程序设计语言” ）。其中的 重载，模板，自定义操作符 等功能让我震惊。特别是 自定义操作符 ，就算在 “从C++发展出来” 语言中我也没听说过。这些功能也说明了为何 “C生C++，C++生万物” ，实在是太强大了！这也体现了我之前想创造自己的编程语言的想法，是多么可笑。不过，从将近一年多断断续续的摸爬滚打中积累出来的经验是宝贵的，毕竟把 《编译原理》 看的差不多了，还是有很多收获的。
C++为什么没有数组越界检测
回到这件事，我一开始觉得第一条猜想最不可能，但事实就是如此。那既然这样， C++ 为何不加入数组的越界检测呢？这样就不会出现 for 循环中的诡异错误。难道是为了和 C 接轨？不过，再思考一下，我们似乎也不需要这样的功能了，在先进一点的 IDE 中，如 Visual Studio 都有成熟的 DEBUG 功能，甚至在编写阶段编辑器就会有提示。操作系统中的内存管理也更成熟，进程之间的内存分离让我们不小心写出这种 BUG 时不至于让其他软件，甚至整个系统崩掉。数组越界检测的功能好像已经用不同的方式实现了。为此再在编译器中加这个功能，似乎就不那么必要了，还会拖慢速度。
我们该使用 new[] 和 delete[] 吗
在网上浏览关于这方面的信息时，看到过好几次这样的讨论。在我看来，这种操作让 C++ 不再硬核了。以前认为 C++ 很硬核，因为比起 Java 等很多语言的“垃圾回收”，“自动装箱”等功能，**C++**很多时候连内存管理都得自己搞，用刘墉的话说就是“没有暗箱操作”。但了解 new[] 和 delete[] 实现后，发现 C++ 编译器还是帮我们做了很多事情的。就像在 Python 中创建列表，眼看就简单一行，实际上内存中还存着其它内容。
这样是更智能了，但也让很多东西不清晰可见了。而且，只有用 new[] 创建的数组在 g++ 的编译下才会保存长度等信息， delete[] 才能正确删除。但是，如果一个程序很长很复杂，很多代码还不是我写的，那我怎么知道一个数组能不能用 delete[] 释放呢？搞不好还会出现 BUG 。
附录
参考资料
- https://www.zhihu.com/question/25556263/answer/32589012
- https://www.zhihu.com/question/25438329/answer/36980855
- https://www.zhihu.com/question/266130564/answer/314313658
- https://www.cnblogs.com/simplepaul/p/6861210.html
- https://blog.csdn.net/pizi0475/article/details/7575188
- https://www.zhihu.com/question/291750903/answer/477250840
- https://www.zhihu.com/question/481334153/answer/2090890026
- https://en.cppreference.com/w/cpp/language/delete
- https://en.cppreference.com/w/cpp/memory/new/operator_delete
写第一篇博客的感受
深夜，吃完泡面 （不是足时发酵的老坛酸菜） ，把满书桌的作业搬走，拿出电脑，打开一个小时前刚下载的 Typora ，用白天看着 《了不起Markdown》 学会的知识，把自己平常编程的一件小事记录下来。神清气爽。身为一名初中生，从小学接触编程开始，没有人讨论编程相关的问题就是我最难受的一件事——有些同学喜欢数学，还可以跟老师讨论，而且课间还在研究题目看着就很好学。而我抱着本编程书就显得尴尬多了，而且要不是我露过几手，肯定还以为我在装B（而且上初中了学校还不让带课外书，好兄弟都被收了无数本小说了。保险起见，我现在都带英文的，这样被发现了也有点借口）。而自学编程摸爬滚打了这么久，CSDN，博客园，简书什么的肯定是久仰大名，于是便有了自己写博客的想法。我知道自己的思考很不成熟，对各种事的认知上还存在偏差，文章估计也没多少人看，但至少以后回顾我这段时光，不是“这个人很懒，什么也没有留下”了。（格局大了）
