C++基礎——new與delete

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專業名稱

new operator：new操作符，new表達式

operator new：new運算符

placement new：定位new

delete operator：delete操作符，delete表達式

operator delete：delete運算符

delete沒有placement版本各個版本的解釋 1. new operator

new operator:new表達式

實際上隻是一個稱呼，是三個操作的集合。

申請記憶體（調用operator new）
在記憶體上調用構造函數
将申請的記憶體空間傳回

delete operator:delete表達式

delete operator也是一個稱呼，是兩個操作的集合。

調用析構函數
調用operator delete釋放空間

operator new/delete：new/delete運算符

分為::operator new與Class::operator new。一個是全局的，一個是類内部定義的。平時聽到的new與delete重載，就是重載這裡的new/delete。注意點如下。

-- class中的new與delete是隐式靜态的。也就是不管你有沒有聲明為static，它都是static的。

-- 非static成員在沒有執行個體存在的情況下是不能使用的。而當我們定義一個執行個體時，很明顯此時執行個體還沒有存在，這個時候不可能調用一個非static的成員，是以operator new/delete必須是static的。

-- static成員是不會隐式傳入this指針的，是以在operator new/delete中不能使用任何類的非靜态成員。

-- 非靜态的成員函數在編譯器會在argument list的第一個位置插入一個本身類型的this指針。是以一個函數名，參數清單與全局函數一模一樣的函數，也不會出現二義性問題。但是一個static成員函數，是不會隐私插入this指針的，是以當我們在class中重載new/delete時，客戶定義執行個體時需要确認是否在全局也定義了new，否則會産生二義性。舉個栗子。

//VS2013
class StringClass
{
public:
    void *operator new(size_t size);
};
void *operator new(size_t size);
void main()
{
    //1. 調用operator new申請記憶體
    //2. 調用構造函數
    //二義性，同時存在兩個可用的operator new
    StringClass *p = new StringClass;
}

-- PS：關于函數比對規則，一開始接觸覺得很簡單，當某天觸發了bug的時候就會“書到用時方恨少”，這方面推薦兩個連接配接給大家。看這裡，還有這裡

關于operator new/delete标準庫提供了8個版本，這些版本的new/delete我們都是可以重載的。如下。

//八個版本中有2個new版本有可能抛出異常
void* operator new(size_t t);
void* operator new[](size_t t);
void* operator delete(void*)noexcept;
void* operator delete[](void*)noexcept;

//nothrow_t為空結構體,用于區分上面與下面運算符
void* operator new(size_t t，nothrow_t&)noexcept;
void* operator new(size_t t,nothrow_t&)noexcept;
void* operator delete(void *,nothrow_t&)noexcept;
void* operator delete[](void *,nothrow_t&)noexcept;

理論這麼多，下面先來個栗子。

//StringClass.h
//自己定義的一個類
#pragma once
#include<iostream>
using namespace std;
class StringClass
{
public:
    StringClass(){
        cout << "string class construtor" << endl;
    }
    ~StringClass(){
        cout << "string class destrutor" << endl;
    }
    void *operator new(size_t size){
        cout << "Class::operator new(size_t) " << size << endl;
        void *ret = (void*)malloc(size);
        return ret;
    }
    static void operator delete(void *p){
        free(p);
        cout << "Class::operator delete(void*)" << endl;
    }
};
void main(){
    StringClass *p = new StringClass;
    delete p;
}

結果如下。在new表達式中，先調用了operator new，再調用constructor，最後将指針傳回給p。最後在釋放的時候，先調用了destructor，再調用了operator delete。

既然使用到了delete，懷着“授人以魚不如授人以漁”的想法，推薦讀者了解一下crtdbg這個頭檔案，谷歌一下就知道了。

placement new:定位new

在堆裡面申請記憶體，需要尋找空的記憶體，多次申請釋放還會産生大量的記憶體碎片，但這個神器會幫你解決這些問題。使用它，你隻需要申請一次記憶體，就能夠多次建立不同的執行個體，具體參見下例的講解。
前面提到，new operator會有三個步驟，第一是申請記憶體，第二是調用構造函數，第三是傳回指針。定位new，之是以為定位，是因為我們事先配置設定好了記憶體，并且指定了必須使用這塊記憶體進行初始化。共有四種文法如下。

new (place_address) type;
new (place_address) type (initializers);
new (place_address) type[size];
new (place_address) type[size]{braced initializers list};

對第一種我們舉個栗子。

#pragma once
#include<iostream>
using namespace std;

class StringClass
{
public:
    StringClass(){
        cout << "string class construtor" << endl;
    }
    ~StringClass(){
        cout << "string class destrutor" << endl;
    }
    //比起前面的代碼，增添了這個函數
    static void *operator new(size_t size, void *p)    {
        cout << "Class::operator new(size_t,void*)" << endl;
        return p;
    }
};

void main()
{
    StringClass *buf = (StringClass*)malloc(sizeof(StringClass));
    memset(buf, 0, sizeof(StringClass));
    StringClass *p2 = new(buf) StringClass();
    p2->~StringClass();
    free(buf);
}

上面總共有五個步驟：

-- 上述代碼先使用申請了一塊記憶體，大小使用者根據自己需要去決定。

-- 初始化這塊記憶體。

-- 然後在上面調用了StringClass的構造函數，再令p2指向他。

-- 然後p2使用完畢在上面調用自己的析構函數。

-- 程式結束前将這塊記憶體釋放。假如有需要建立另外一個對象，我們可以不用申請新的記憶體，繼續使用這塊記憶體。

與operator new不同的是，使用placement new是無需定義operator delete的，如上，整個過程壓根就沒有用到它。相反，假如你在用戶端使用了它，還會導緻調用析構函數的多次調用。

警告

除了placement new外，其他版本的new與delete都要成對地重載。因為你重載了編譯器的new，它不知道delete需要為你做些什麼。

總結

new總共分成3類，new operator是一個操作的集合，不是具體的運算符。可以重載的叫做operator new。
使用了placement new，必須定義void *operator new(siez_t,void *p)，不用定義operator delete。而除了placement new，若定義了operator new/delete需要成對定義。
所有的operator new都是隐式靜态的，為了讓代碼易于閱讀，你應該加上static
所有的operator new都應該傳回void*

最後的疑問

在很多書籍以及部落格中，都指出了下面這個operator new不能被重載。在C++Primer第五版，白色封面的那本，P727最下方中，明确指出了它不能重載，但實際上，使用placement new的時候我們卻不得不重載這個版本。關于這一點，希望有高人能夠給出意見。