C++之operator new 和new operator区别

在C++中，operator new和new operator还是很有区别。new operator是c++内建的，无法改变其行为；而operator new 是可以根据自己的内存分配策略去重载的。

1. operator new

       operator new和operator delete有两个重载版本，每个版本支持相关的new表达式和delete表达式：

                 void *operator new(size_t);

                 void *operator new[](size_t);

                 void *operator delete(void*);

                 void *operatordelete[](void*);

对于operator new你可以对其进行重载，但是必须注意：

       （1） 只分配所要求的空间，不调用相关对象的构造函数。当无法满足所要求分配的空间时，则如果有new_handler，则调用new_handler；否则如果没要求不抛出异常（以nothrow参数表达），则执行bad_alloc异常；否则返回0。（这个调用顺序要记住，可以通过set_new_handler()函数设置new_handler）

      （2） 重载时，返回类型必须声明为void*

      （3） 重载时，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

      （4） 重载时，可以带其它参数。

注：当然重载了operator new，你就要重载对应的operator delete。

　   operator new实际上总是以标准的C malloc()完成，虽然并没有规定非得这么做不可。同样，operator delete也总是以标准得C free()来实现，不考虑异常处理的话他们类似下面的样子： 

[code lang="cpp"]
extern void* operator new( size_t size )   
{   
　　if( size == 0 )   
　　size = 1; // 这里保证像 new T[0] 这样得语句也是可行的   
　　   
　　void *last_alloc;   
　　while( !(last_alloc = malloc( size )) )   
　　{   
　　   if( _new_handler )   
　　       ( *_new_handler )(); //调用handler函数  
　    else   
　　       return 0;   
　　}   
　　return last_alloc;   
　　  
}   
extern void operator delete( void *ptr )   
{   
　　if(ptr) // 从这里可以看出，删除一个空指针是安全的   
　　free( (char*)ptr );   
}  
[/code]

2. new operator 

     当你写string *ps = new string("Hands up!")时，你所使用的new是所谓的new operator，它其实干了两件事：一、分配足够的内存（实际大小是大于所创建的对象大小）二、调用对象构造函数，new operator永远干这两件事。上面的那段代码大约反映以下的行为：
               void *mem = operator new(sizeof(string));
               call string::string("Hands up!") on *mem;//只能由编译器完成，用户是不允许这样操作的，也就是说如果你想建立一个堆对象就必须用new操作符，不能直接像上面一样调用构造函数来初始化堆对象。 
               string *ps = static_cast<string*>(mem);
      也就是说operator new仅仅分配内存（就像malloc一样），我们能够做的仅仅是重载operator new，为自己的类创建一个定制的内存管理方案，这也让我有点明白为什么在重载operator new的时候并没有写调用构造函数的代码，但它确实被调用了，原来都是new operator搞的鬼。

     编译器看到类类型的new或者delete表达式的时候，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new和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。如果你想定制自己独有的内存分配过程，你应该重载全局的operator new函数，然后使用new操作符，new操作符会调用你定制的operator new。当然你可以显示的调用:: operator new和:: operator delete强制使用全局的库函数。下面：

                Type *p = :: new Type;//该new operator会调用全局的operator new

               ::delete p;//该delete operator会调用全局的operator  delete 

       建立数组时new操作符(new[])的行为与单个对象建立(new)有少许不同：第一是内存不再调用用operator new函数进行分配，代替以operator new[]函数(常称作array new)。它与operator new一样能被重载，允许定制数组的内存分配，就象定制单个对象内存分配一样。 

　　同理:

[code lang="cpp"]
delete ps
[/code]

　　　上述语句实际上有两步，第一步，对ps所指的对象调用适当的析构函数；第二步，调用名为operator delete的标准库函数释放该对象所用的内存；即delete ps，就相当于delete operator,它的动作分为以下两步：调用析构函数，释放内存空间；即

[code lang="cpp"]
ps->~string();
operator delete(ps);
[/code]

[code lang="java"]
总结： operator new 唯一的任务就是分配内存，new operator的任务是取得 operator new 分配的内存，并将之转换为一个对象，返回一个指向它的指针；同理operator delete的唯一任务是释放内存空间，它不能调用析构函数；
因此，如果你只打算处理原始的、未设初值的内存，应该完全回避new operator 和delete operator,改调用operator new 取得内存并以operator delete归还给系统；
[/code]

3. 定位new表达式

      类似于constructor成员，有第三种new表达式，称为定位new(placement new)。定位new表达式在已分配的与原始内存中初始化一个对象，他与new的其他版本不同，它不分配内存。相反，它接受指向已分配好但未构造的内存指针，并在该内存中初始化一个对象。实际上，定位new表达式使我们在特定的、预分配的内存地址构造一个对象。它可以定义类的任何构造函数。

                new(place_address) type

                new(place_address) type(initializer_list)

place_address必须是一个指针，而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。

4. 使用注意点

     如果只考虑分配和释放，内存管理基本要求是“不重不漏”：既不重复 delete，也不漏掉 delete。也就说我们常说的 new/delete 要配对，“配对”不仅是个数相等，还隐含了 new 和 delete 的调用本身要匹配，不要“东家借的东西西家还”。例如：

　（1）用系统默认的 malloc() 分配的内存要交给系统默认的 free() 去释放；

　（2）用系统默认的 new 表达式创建的对象要交给系统默认的 delete 表达式去析构并释放；

　（3） 用系统默认的 new[] 表达式创建的对象要交给系统默认的 delete[] 表达式去析构并释放；

　（4） 用系统默认的 ::operator new() 分配的的内存要交给系统默认的 ::operator delete() 去释放；

　（5） 用 placement new 创建的对象要用 placement delete （为了表述方便，姑且这么说吧）去析构（其实就是直接调用析构函数）；

　（6）从某个内存池 A 分配的内存要还给这个内存池。

　（7） 如果定制 new/delete，那么要按规矩来。见 Effective C++ 相关条款。

参考：

https://kelvinh.github.io/blog/2014/04/19/research-on-operator-new-and-delete/

作者|分布式资源与管理小组

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