C++ new与delete

C++ new与delete

new operator 和 delete operator

new operator 和delete operator 是运算符，

我们知道new运算符会干2件事：申请内存和调用对象构造函数，比如，当我们new一个string对象：

string *ps = new string("Hands up!")

编译器实际的工作大概是这样：

void *mem = operator new(sizeof(string));      //申请内存
call string::string("Hands up!") on *mem;     // 调用构造函数
string *ps = static_cast<string*>(mem);       // 返回string*指针

同样，delete运算符也会干2件事：调用对象析构函数和释放内存

delete ps

编译器实际的工作大概是这样：

ps->~string()
operator delete(ps)

编译器看到类类型的new或者delete运算符的时候，首先查看该类是否是有operator new或者operator delete成员，如果类定义了自己的operator new和operator delete函数，则使用这些函数为对象分配和释放内存，否则调用标准库版本（:: operator new和:: operator delete）。

 一个例子：

struct foo {
    foo(int x) {m = x; printf("foo(%d)\n", m);}
    ~foo() {printf("~foo()\n");}
    int get() {printf("m=%d\n", m);}

    static void* operator new(size_t size) {
        printf("operator new()\n");
        return ::operator new(size);
    }   
    static void operator delete(void* ptr) {
        printf("operator delete()\n");
        ::operator delete(ptr);
    }   

    private:
        int m;
};

int main() {
    foo* f = new foo(10);
    f->get();
    delete f;

    return 0;
}

输出结果

operator new()
foo(10)
m=10
~foo()
operator delete()

可见，当调用new operator的时候，会先调用operator new()分配内存，然后调用构造函数；当调用delete operator的时候，先调用析构函数，然后调用operator delete()释放内存。

operator new() 和 operator delete()

operator new()和operator delete() 是函数，跟operator =() 类似。

表达式：

void *operator new(size_t);
void *operator new[](size_t);
void  operator delete(void*);
void  operator delete[](void*);

前面提到，全局的::operator new() 内部其实就是调用malloc分配内存，而::operator delete() 内部就是调用free释放内存。

operator new() 和operator delete() 都可以重载。

 重载operator new时：

• 第一个参数类型必须为表达要求分配空间的大小（字节），类型为size_t，此外，还可以带其它参数；
• 只分配需要的空间，但不调用构造函数；当无法满足所需内存空间时，如果有new_handler，则调用new_handler；

看一个带额外参数的operator new()的例子

struct foo {
    foo(int x) {m = x; printf("foo(%d)\n", m);}
    ~foo() {printf("~foo()\n");}
    int get() {
        printf("m=%d\n", m); 
    }   

    static void* operator new(size_t size, char* desc) {
        printf("operator new(%s)\n", desc);
        void* p = ::operator new(size);
        return p;
    }   
    static void operator delete(void* ptr) {
        printf("operator delete()\n");
        ::operator delete(ptr);
    }   
    static void operator delete(void* ptr, char* desc) {
        printf("operator delete(%s)\n", desc);
        ::operator delete(ptr);
    }   
    private:
        int m;
};

int main() {
    //foo* e = new foo(10); // Error,
    foo* f = new("hello") foo(10);
    f->get();
    delete f;

    return 0;
}

输出结果：

operator new(hello)
foo(10)
m=10
~foo()
operator delete()

代码中，

foo* e = new foo(10) 会发生错误的原因是 member function（成员函数）的名字会覆盖外围的具有相同名字的函数。
delete f 调用的是operator delete()常规版本。

考虑一下这种情况，operator new()内存分配成功，但构造函数里面抛出异常，runtime system（运行时系统）有责任撤销 operator new() 所执行的分配。然而，runtime system并不能了解被调用的 operator new() 版本是如何工作的，所以它自己无法撤销那个分配。runtime system转而寻找一个和 operator new 持有相同数量和类型额外参数的 operator delete 版本，例如：

struct foo {
    foo(int x) {
        m = x; printf("foo(%d)\n", m);
        throw this;
    }
    ~foo() {printf("~foo()\n");}
    int get() { printf("m=%d\n", m); }

    static void* operator new(size_t size, char* desc) {
        printf("operator new(%s)\n", desc);
        void* p = ::operator new(size);
        return p;
    }   
    static void operator delete(void* ptr) {
        printf("operator delete()\n");
        ::operator delete(ptr);
    }   
    static void operator delete(void* ptr, char* desc) {
        printf("operator delete(%s)\n", desc);
        ::operator delete(ptr);
    }   
    private:
        int m;
};

int main() {
    try {
        foo* f = new("hello") foo(10);
        f->get();
        delete f;
    } catch(void* e) {
        printf("catch exception");
    }

    return 0;
}

输出：

operator new(hello)
foo(10)
operator delete(hello)

这时，带额外参数的operator delete被调用了，如果没有这个额外参数版本，就发生了内存泄露。

如上，规则很简单：对一个带有额外参数的 operator new()，必须既提供常规 operator delete（用于构造过程中没有抛出 exception（异常）时），又要提供一个持有与 operator new 相同的 额外参数的版本（用于构造有异常的情况）。

再看下operator new[]和operator delete[]的例子：

struct foo {
    foo() {printf("foo()\n");}
    foo(int x) { m = x; printf("foo(%d)\n", m); }
    ~foo() {printf("~foo()\n");}
    int get() { printf("m=%d\n", m); }

    static void* operator new(size_t size) {
        printf("operator new(%d)\n", size);
        void* p = ::operator new(size);
        return p;
    }
    static void* operator new[](size_t size) {
        printf("operator new[](%d)\n", size);
        void* p = ::operator new[](size);
        return p;
    }   
    static void operator delete(void* ptr, size_t size) {
        printf("operator delete(%d)\n", size);
        ::operator delete(ptr);
    }
    static void operator delete[](void* ptr, size_t size) {
        printf("operator delete[](%d)\n", size);
        ::operator delete[](ptr);
    }   
    private:
        int m;
};

int main() {
    const int len = 3;
    foo* f = new foo[len]();
    for (int n=0; n<len; n++) {
        f[n].get();
    }
    delete []f;

    return 0;
}

placement new

placement new()是operator new()的一个重载版本，如果想在已经分配的内存中创建一个对象，使用new是不行的。

placement new允许在一个已经分配好的内存中（栈或堆中）构造一个新的对象。

表达式：

new(place_address) T
new(place_address) T(initializer_list)

其中，

• place_address 参数必须是一个指针，指向一块预分配好的内存；
• initializer_list 提供了初始化列表（可能是空的），以便在构造新分配的对象中使用。

看个例子：

struct foo {
    foo(int x) {m = x; printf("foo(%d)\n", m);}
    ~foo() {printf("~foo()\n");}

    private:
        int m;
};

int main() {
    void* addr = malloc(sizeof(foo));

    foo* p = new(addr) foo(10);
    p->~foo();

    free(p);

    return 0;
}

可见，placement new不能使用delete（因为没有申请内存，placement new()没有与之对应的 placement delete()）。因此，析构函数需要手动调用。

也可以使用栈内存

struct foo {
    foo(int x) {m = x; printf("foo(%d)\n", m);}
    ~foo() {printf("~foo()\n");}
    int get() {printf("m=%d\n", m);}

    private:
        int m;
};

int main() {
    char mem[1024];

    foo* p = new(mem) foo(10);
    p->get();
    p->~foo();

    return 0;
}

总结下区别：

• new operator 既分配内存，又构建对象（通过构造函数），与之相反的是delete operator；
• operator new()，只管分配内存，不构建对象（不会调用构造函数），与之相反的是operator delete()；
• placement new()，不管内存分配，只管调用构造函数构建对象，此时需要手动管理内存，并单独析构；