C++中的new和delete的实现原理

　　1. new与operator new

　　C++中有很多语法让人难以理解，如：new operator（操作符,下同）和operator new之间差异，确切的说，应该是new与operator new 的区别。

　　1.1 new operator

　　如下代码：

　　string *ps=new string("memory management");

　　这里所使用的new就是所谓new operator，是由C++语言内建的，就像sizeof那样，不能改变意义，总是做相同的事情。

　　这个动作的含义分为两方面：

　　第一，它分配足够的内存，用来放置某类型的对象。对于上例而言，它分配足够放置一个string 对象内存。第二，它调用一个构造函数，为刚才分配的内存中的那个对象设定初始值。

　　new operator总是做这两件事，无论如何你是不能改变其行为。

　　1.2 operator new

　　能够改变的是用来容纳对象的那块内存的分配行为，new operator调用某个函数，执行必要的内存分配动作，你可以重写或者重载那个函数，改变其行为。这个函数名称就叫operator new 。

　　函数 operator new 通常声明如下：

　　void * operator new (size_t size);

　　其返回类型void*。即返回一个指针，指向一块原始的、未设置初始值的内存。

　　函数中的size_t参数表示需要分配多少内存，你可以将operator new 重载，加上额外的参数，但第一个参数类型必须总是size_t。

　　或者你从来没有直接用过operator new ，但是你可以像调用任何其他函数一样地调用它。

　　void* rawMemory=operator new(sizeof(string));

　　这里的operator new 将返回指针，它指向一块足够容纳string对象的内存。

　　和malloc一样，operator new 的唯一任务就是分配内存，它不知道什么是构造函数，它只负责分配内存。

　　取得operator new 返回的内存并将之转为一个对象，是new operator的责任。

　　1.3 当编译器看到这个句子：

　　string *ps=new string("memory management");

　　它必须产生一些代码，或多或少会反映如下行为：

　　1) void* memory=operator new(sizeof(string)); //取得原始内存，用于放置一个string对象2) call string::string("memory management") on *memory;//将内存中对象初始化3) string *ps=static_cast(memory); //让ps指向新完成的对象

　　注意第二步，调用一个构造函数。身为程序员没有权利绕过new operator像这么使用构造函数，但是编译器却是这么干的。

　　这就是为什么如果你想要做出一个heap-based object，一定要用new operator的原因。

　　也就是说new 出来的东西都放在heap里面，而无法直接调用“对象初始化所必须的构造函数”。

　　2. placement new

　　2.1 有时候你真的会想直接调用一个构造函数，针对一个已经存在的对象调用其构造函数，并无意义，因为构造函数用来对象初始化，而对象只能初始化一次。但是你偶尔会有一些分配好的原始内存，你需要在上面构建对象，有一个特殊的地方 operator new 称为placement new，允许这么做。

　　例如：

　　class Widget { public: Widget(int widgetSize); ...... };

　　Widget* constructWidgetInBuffer(void *buffer,int size) { return new (buffer) Widget(size); }

　　此函数返回指针，指向一个Widget object，它被构造于传递给此函数的一块内存缓存区上。当程序运行到共享内存或者内存I/O映射。这类函数可能是有用的，因为在那样运用中，对象必须置于特定的地址，或者置于特殊函数分配出来的内存上。

　　2.2 函数内部

　　Widget* constructWidgetInBuffer 只有一个表达式new (buffer) Widget(size)，

　　有点奇怪，其实不足为奇，这是new operator的用法之一，指定一个额外的自变量(buffer)作为new operator "隐式调用operator new "。于是，被调用的operator new 除了接受"一定要有size_t自变量"之外，还接受了一个void* 参数，指向一块内存，准备用来接受构造好的对象。这样的operator new 就是所谓的placement new ：

　　void * operator new(size_t size,void* location)

　　{

　　return location;

　　}

　　operator new 的目的是要为对象找到一块内存，然后返回一个指针指向它，在placement new 的情况下，调用者已经知道指向内存的指针了，因为调用者知道对象应该放在哪里。因此placement new 唯一需要做的就是将它获得的指针再返回。

　　至于没有用到（但一定得有）的size_t参数，之所以不赋予名称，为的是避免"编译器某物未被使用"的警告。

　　另外注意：placement new 是C++标准程序库的一部分，要使用placement new 得用#include，旧式编译器用 #include

　　回头想想placement new ，我们便能了解new operator和operator new之间的关系。

　　两个术语表面上令人迷惑，但其实很好理解：

　　1）如果你希望将对象产生于heap，就是得new operator,它不但分配内存而为该对象调用一个构造函数。2）如果你只是打算分配内存，请用operator new,就没有构造QQ靓号卖号平台函数被调用。3）如果你打算在heap object产生自己决定的内存分配方式，请写一个自己的operator new。并使用new operator，它将会自动调用你所写的operator new。4）如果你打算在已经分配（并拥有指针）的内存构造对象，请使用placement new 。 3. delete 与内存释放

　　为了避免resource leaks,每一个动态分配行为都必须匹配一个相应的释放动作。

　　3.1 函数 operator delete对于内建的delete operator(操作符)就好像 operator new 对于new operator一样。

　　string *ps;

　　...

　　delete ps; //使用delete operator.

　　内存释放动作是由operator delete执行的，通常声明如下：

　　void operator delete(void* memoryToBeDeallocated);

　　因此 delete ps;会造成编译器代码如下：

　　1）ps->~string();//调用析构函数2）operator delete(ps);//释放对象所占用的内存3.2 这里提示我们，如果只打算处理原始的、未设初值的内存，应该完全回避 new operator和delete operator。改为调用operator new取得内存并以operator delete归还系统。

　　例如：

　　void* buffer=operator new (50*sizeof(char));//分配内存，放置50个char,没有调用构造函数

　　...

　　operator delete(buffer); //释放内存，而没有直接调用析构函数。

　　这组行为类似malloc和free。

　　3.3 placement new

　　如果使用了placement new ，在某块内存中产生对象，你应该避免那块内存使用delete operator（操作符）。

　　因为delete operator会调用operator delete来释放内存，但是该内存所含的对象最初并不是由operator new 分配来的。placement new只是返回它接收的指针而已，谁知道那个指针从哪里来呢？

　　所以为了抵消该对象的构造函数的影响，使用placement new 时应该直接调用该对象的析构函数。

　　例如：

　　void * mallocShared(size_t size);//申请分配内存

　　void freeShared(void * momery);//释放内存

　　void* sharedMemory=mallocShared(sizeof(Widget));

　　Widget *pw=constructWidgetBuffer(sharedMemory,10);//使用前面Widget类的placement new

　　...

　　delete pw;//无定义，因为sharedMemory来自mallocShared，不是来自new。

　　pw->~Widget();//OK,析构函数pw所指Widget对象，但并未释放Widget所占用内存。

　　freeShared(pw);//OK,释放pw所指的内存，不调用任何析构函数。

　　如上述所示，如果交给placement new的原始内存（raw memory）本身是动态分配而得的，那么最终得释放那块内存，以避免memory leak。

　　4. 动态分配数组（Arrays）

　　前面所做的都是基于单一对象上的，如果是一组对象呢？

　　string *ps=new string[10];//分配一个对象数组

　　4.1 这里的new 与前面的new 行为类似，但略有不同，这里不能再operator new分配内存，而是以operator new[]负责分配。

　　和operator new 一样，operator new[]也可以被重载。

　　注：operator new[]是相当晚的时候才加入C++的一个特性，所以你的编译器不一定能支持它。如果是这样，全局的operator new 会被用来为每一个数组分配内存（不论数组中的对象是什么类型）。在这样的编译器下定制“数组内存分配行为”很困难，因为你得改写全局的operator new才行。默认情况下，全局版的operator new 负责程序中所有的动态内存分配，所以其行为的任何改变都可能带来全局的影响。

　　另外，前面讲过，operator new 只允许size_t一个参数。所以你如果决定声明为自己的函数，你的程序便不兼容于任何做了相同决定的程序库。

　　多方面考虑之下，如果编译器不支持operator new[]，定制数组内存管理行为，不是一个明智的决定。

　　4.2 数组的new 与单一对象的new所调用的构造函数不同，数组的new 必须针对数组中每一个对象调用一个构造函数。

　　string *ps=new string[10];//调用operator new[]以分配足够容纳10个string对象的内存，然后针对每个元素调用string的默认构造函数。

　　同样的，当使用了delete，它也会针对数组中每一个元素调用析构函数，然后再调用operator delete[]释放内存。

　　如：delete []ps;//为数组中的每一个元素调用string 析构函数，然后再调用 operator delete[] 释放内存。 （先调用析构函数，再释放内存。）

　　跟operator delete一样 operator delete[]也可以被重载。

　　最后小结一下，new 和delete都是内建的操作符，语言本身所固定了，无法重新定制。但它所调用的内存分配/释放的函数，即operator new和operator delete可以被重载。