Где хранится размер памяти, которая выделена указателю?
Начнем вот с этого: CppCon 2015: Andrei Alexandrescu “std::allocator I...
На самом низком уровне память выделяется страницами или блоками. Принцип выделения зависит от особенностей организации ОС и самого железа. Освобождается память в точном соответствии с тем, как она была выделена.
И обычный пользователь C++ этого ничего не видит.
Оператор ::new является точкой обращения к аллокатору памяти процесса. К какому именно аллокатору идет обращение - как правило неизвестно. Это может быть dlmalloc, mimalloc или jemalloc. Их много и перечислять можно долго. Это может быть и самостоятельно созданный по мотивам доклада Александреску аллокатор.
Каждый аллокатор, маркируя память как выделенную и передавая ее пользователю, каким-либо образом оформляет сервисную информацию о выделенном участке. Сервисная информация может храниться в заголовке, в памяти прямо перед отдаваемым пользователю адресом, может храниться в хвосте передаваемого пользователю участка памяти, а может храниться в совершенно отдельном пространстве памяти - в сервисном разделе.
К чему это все. К тому что полностью точного ответа на твой вопрос дать не получится. Если бы в вопросе фигурировал конкретный аллокатор, то ответить можно было бы. Сейчас же ответить можно только что размер переданного пользователю блока памяти хранится в специальной сервисной информации, к которой и обращается функция освобождения памяти (не ::delete).
Менеджер памяти при выделении памяти записывает эту информацию в специальный тег.