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Something More about "new" &"delete" in C++
一、不隻是malloc和free
new和delete都是C++中最基本的詞匯，每天的代碼都反複的與他們打交道，對他們最基本的認識就是分配和釋放內存，最開始我認為他們就是C++版的malloc和free，但是其實內有玄機，除了分配內存，還可以用他們實現什麼？
二、new和delete的完整過程
2.1 new 的完整過程可以分為三步，拿A* a=new A(1)這句為例：
- 首先它將調用operator new(size_t size)，在內存中分配sizeof（A）這麼大的內存，也就是參數size=sizeof（A）；
operator new(size_t size)的默認實現是：
void *ptr = (void *)malloc(size);
return ptr;
- 第二步調用operator new( size_t count, void * object)，這個函數會忽略第一個參數，在已經分配好的內存object上返回A需要的那篇內存
operator new( size_t count, void * object)的默認實現是
return object;
- 第三步調用A的構造函數產生A
前兩個步驟其實是operator new的不同overwrite，可能開始不太容易理解第二步的意義，第二步好像什麼都沒做，為什麼還要存在這種形式的operator new呢？其實是因為這些operator new都可以被程序訪問，例如我們可以直接寫出這樣的代碼完成new一樣的操作：
void * raw=operator new(sizeof(A));
A* a=new(raw)A(1)
(當然調用operator new要include “new.h”，因為operator new不是c++原生的操作，定義在一個頭文件中)
其中第一步是分配內存，第二步中的new(raw)部分就要調用operator new( size_t count, void * object）了，new(buffer)class(param)這種形式的new也被稱為placement new，它的意思是在一個已經存在的內存上構造某個對象，operator new( size_t count, void * object)這個看似無意義的接口其實是為了這種寫法而做的。
2.2 delete ，delete 的完整過程也可分為兩步，拿 delete* a舉例：
- 首先調用A的析構函數
- 然後調用operator delete( void *, void *) ，這個函數其實什麼也沒幹，就是一個空的，它隻是對operator new( size_t count, void * object)的唿應
- 調用operator delete( void *),它是對operator new(size_t size)的唿應，默認實現就是一個free（），用於標記內存被回收。
所以我們可以用下麵代碼替換delete a：
a.~A();
operator delete(raw);
2.3 上麵是new和delete的完整過程，響應的還有new[]和delete[]的類似實現，這是分配與釋放一個相連的多個實例：
void* operator new[](size_t size){
void *ptr = (void *)malloc(size);
return ptr;
}
void operator delete[](void* p){
free(p);
return;
}
下麵兩個是為了placement new[]和delete[]
void* operator new[](size_t size，void * object){
return object;
}
void operator delete[](void* p，void *p){
return;
}
所以一段傳統的代碼 A* a=new A[10] 和 delete[] a也可以通過這些operator new[]的調用來實現成如下：
void* raw=operator new(sizeof(A)*10+sizeof(int));
A* a=new(raw)A[10];
for(size_t i=0;i<10;i++){
fl2[i].~leon();
}
operator delete[](raw);
這裏在分配內存的地方有個很特殊的地方，我想創建10個A，理應分配sizeof(A)*10大小的內存，但是對於operator new[](size_t size)的調用，必須多給他分配一個sizeof（int），寫成上麵的void* raw=operator new(sizeof(A)*10+sizeof(int));這是為什麼呢？
原因在於這裏是分配連續的N個內存，但是你必須讓c++多用一個int來存儲這個N，這個int可能是放在這片內存的首位。
如果不多分配這個空間會怎樣？那麼operator delete[]時會出錯，因為operator delete[]會首先讀取一個int知道有多少個A要釋放，你沒有分配這個int，它可能讀到一個不合理的值N，然後去釋放，發現釋放不了出現內存訪問錯誤，或者N極大一直去釋放，表現上程序永遠結束不了。
三、重載你的new和delete
了解了上麵的new和delete的過程可以怎樣？既然C++已經為我們封裝好了new和delete，為什麼還要把他們赤裸裸的剝開。答案是：為了重載，為了定義我們自己的new和delete。
首先一個問題，你可以重載new和delete嗎？答案是不能，剛學C++重載時，C++的標準就告訴我們new和delete操作是不能被重載的，但是有的時候我們確實需要定製一些我們自己的new和delete，（最簡單的情形是我想統計我一共new了多少內存又delete了多少）。似乎沒有解決方法了，但是看到了new和delete的內部，我們就有辦法了，因為我們可以重載組成new和delete的各個關鍵步驟的operator new和operator delete！這是一個令人興奮的消息。
為了重載我們要了解operator new 和delete各有幾種形式，查查msdn,嚇了一跳，包括[]形式一共有3*2*2=12種定義好的重載接口：
operator new：
A形式 這是new的第一步，分配內存
void *__cdecl operator new(
size_t count
);
B形式 這是for placement new
void *__cdecl operator new( size_t count, void * object ) throw();
C形式 這是不拋出異常的形式
void *__cdecl operator new(
size_t count,
const std::nothrow_t&
) throw();
operator delete：
void operator delete( void* _Ptr ) throw( ); void operator delete( void *, void * ) throw( ); void operator delete( void* _Ptr, const std::nothrow_t& ) throw( );
operator new[]:
void *operator new[]( std::size_t _Count ) throw(std::bad_alloc); void *operator new[]( std::size_t _Count, const std::nothrow_t& ) throw( ); void *operator new[]( std::size_t _Count, void* _Ptr ) throw( );
operator delete[]:
void operator delete[]( void* _Ptr ) throw( ); void operator delete[]( void *, void * ) throw( ); void operator delete[]( void* _Ptr, const std::nothrow_t& ) throw( );
C++的運算符重載分為全局重載和局部的類內的重載。
3.1 首先的全局重載，全局重載意味著代碼內所有的new和delete的行為都被改變（包括你引用的庫），要十分小心，甚至很多人說不要使用全局重載new和delete。
下麵是我全局重載operator new和new[]的第一種A形式（C形式雷同），注意在以上這些操作中，在VS中A和C種方法都可以被用戶全局重載，但是B種形式（也就是placement 形式）不允許被重載（它實現成了inline函數），不知道其他IDE是怎樣的 規定，但是VS的規定是有道理的，因為我們幾乎想不出有什麼理由要placement new，它本就是一種為形式而生的形式。。。
//overload global operator new
void* operator new(size_t size){
cout<<"new "<<size<<endl;
void *ptr = (void *)malloc(size);
return ptr;
}
//overload global operator delete
void operator delete(void* p){
cout<<"delete "<<_msize(p)<<endl;
free(p);
return;
}
//overload global operator new[]
void* operator new[](size_t size){
cout<<"new[] "<<size<<endl;
void *ptr = (void *)malloc(size);
return ptr;
}
//overload global operator new[]
void operator delete[](void* p){
cout<<"delete[] "<<_msize(p)<<endl;
free(p);
return;
}
在我的重載中對於每次施放和分配都額外打印當前涉及內存的大小
3.2 類內重載，這種重載更加常用一些，這裏要注意，對於類內重載，如果要調用placement new，那麼B形式必須被重載，否則你的代碼編不過，這與全局重載完全不同，以下是我對類內實現的A和B形式的重載：
class leon{
public:
leon(){
m_a=0;
}
leon(int a){
m_a=a;
}
~leon(){
}
//overload operator new
void* operator new(size_t size){
cout<<"new "<<size<<endl;
void *ptr = (void *)malloc(size);
return ptr;
}
void* operator new(size_t size,void* buf){
cout<<"new "<<size<<endl;
return buf;
}
//overload operator delete
void operator delete(void* p){
cout<<"delete "<<_msize(p)<<endl;
free(p);
return;
}
//overload global operator new[]
void* operator new[](size_t size){
cout<<"new[] "<<size<<endl;
void *ptr = (void *)malloc(size);
return ptr;
}
void* operator new[](size_t size,void* buf){
cout<<"new[] "<<size<<endl;
return buf;
}
//overload operator new[]
void operator delete[](void* p){
cout<<"delete[] "<<_msize(p)<<endl;
free(p);
return;
}
3.3 更多形式的重載：
其實除了c++定義好的A、B、C三種operator new（）接口，我們還可以自定義新的重載形似，如定義一個void* operator new(size_t size，bool b)，那麼我就可以調用A* a=operator(sizeof(A),true)來執行我的一些特殊需求
四、operator new和delete及其重載的應用：
對new和delete重載可以在很多地方應用到：
最常見的就是一些內存管理和統計功能：你想知道你分配和釋放了多少內存
內存泄露的監測：通過統計可以知道是否有內存泄露，甚至定位到於某處有泄露
另外通過使用placement new還可以在某些場合加快對象的創建，比如你可以事先分配好一片內存，然後利用placement new在上麵直接創建，這樣之後的每次創建不會再有反複的內存分配和釋放操作
利用上麵的特性可以實現某種內存池來加速內存訪問
以上隻是拋磚引玉，以後可以再實踐中多利用C++的這個特性
最後更新：2017-04-03 16:48:51