new/delete和operator new/operator delete

new operator/delete operator就是new和delete操作符，而operator new/operator delete是函数。

new operator：

  • 调用operator new分配足够的空间，并调用相关对象的构造函数
  • 不可以被重载

operator new：

  • 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，则执行bad_alloc异常，否则
    • 返回0
  • 可以被重载
  • 重载时，返回类型必须声明为void*
  • 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
  • 重载时，可以带其他参数
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#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
class X{
  public:
  X() { cout << "constructor of X" << endl; }
  ~X() { cout << "destructor of X" << endl; }
  void* operator new(size_t size, string str) {
    cout << "operator new size " << size  << " with string " << str << endl;
    return ::operator new(size);
  }
  void operator delete(void* pointee)
  {
    cout<<"operator delete"<<endl;
    ::operator delete(pointee);
  }
  private:
  int num;
};
int main() {
  X *px = new("A new class") X;
  delete px;
  return 0;
}

X* px = new X; ，该行代码中的new为new operator，它将调用类X中的operator new，为该类的对象分配空间，然后调用当前实例的构造函数。
delete px;，该行代码中的delete为delete operator，它将调用该实例的析构函数，然后调用类X中的operator delete，以释放该实例占用的空间。

new operator与delete operator的行为是不能够也不应该被改变，这是C++标准作出的承诺。而operator new与operator delete和C语言中的malloc与free对应，只负责分配及释放空间。但使用operator new分配的空间必须使用operator delete来释放，而不能使用free，因为它们对内存使用的登记方式不同。反过来亦是一样。你可以重载operator new和operator delete以实现对内存管理的不同要求，但你不能重载new operator或delete operator以改变它们的行为。

为什么有必要写自己的operator new和operator delete？
答案通常是：为了效率。缺省的operator new和operator delete具有非常好的通用性，它的这种灵活性也使得在某些特定的场合下，可以进一步改善它的性能。尤其在那些需要动态分配大量的但很小的对象的应用程序里，情况更是如此。具体可参考《Effective C++》中的第二章内存管理。

placement new

placement new 是重载operator new 的一个标准、全局的版本，它不能够被自定义的版本代替（不像普通版本的operator new和operator delete能够被替换）。

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void *operator new( size_t, void * p ) throw() { return p; }

placement new的执行忽略了size_t参数，只返还第二个参数。其结果是允许用户把一个对象放到一个特定的地方，达到调用构造函数的效果。和其他普通的new不同的是，它在括号里多了另外一个参数。比如：

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Widget * ptr = new Widget; //ordinary new
pi = new (ptr) int; //placement new

括号里的参数ptr是一个指针，它指向一个内存缓冲器，placement new将在这个缓冲器上分配一个对象。Placement new的返回值是这个被构造对象的地址(比如括号中的传递参数)。placement new主要适用于：在对时间要求非常高的应用程序中，因为这些程序分配的时间是确定的；长时间运行而不被打断的程序；以及执行一个垃圾收集器 (garbage collector)。

new 、operator new 和 placement new 区别

  • new：不能被重载，其行为总是一致的。它先调用operator new分配内存，然后调用构造函数初始化那段内存。

    new 操作符的执行过程：

    • 调用operator new分配内存 ；
    • 调用构造函数生成类对象；
    • 返回相应指针。

  • operator new：要实现不同的内存分配行为，应该重载operator new，而不是new。

    operator new就像operator + 一样，是可以重载的。如果类中没有重载operator new，那么调用的就是全局的::operator new来完成堆的分配。同理，operator new[]、operator delete、operator delete[]也是可以重载的。

  • placement new：只是operator new重载的一个版本。它并不分配内存，只是返回指向已经分配好的某段内存的一个指针。因此不能删除它，但需要调用对象的析构函数。

    如果你想在已经分配的内存中创建一个对象，使用new是行不通的。也就是说placement new允许你在一个已经分配好的内存中（栈或者堆中）构造一个新的对象。原型中void* p实际上就是指向一个已经分配好的内存缓冲区的的首地址。

placement new 存在的理由

  • 用placement new 解决buffer的问题

    问题描述：用new分配的数组缓冲时，由于调用了默认构造函数，因此执行效率上不佳。若没有默认构造函数则会发生编译时错误。如果你想在预分配的内存上创建对象，用缺省的new操作符是行不通的。要解决这个问题，你可以用placement new构造。它允许你构造一个新对象到预分配的内存上。

  • 增大时空效率的问题

    使用new操作符分配内存需要在堆中查找足够大的剩余空间，显然这个操作速度是很慢的，而且有可能出现无法分配内存的异常（空间不够）。placement new就可以解决这个问题。我们构造对象都是在一个预先准备好了的内存缓冲区中进行，不需要查找内存，内存分配的时间是常数；而且不会出现在程序运行中途出现内存不足的异常。所以，placement new非常适合那些对时间要求比较高，长时间运行不希望被打断的应用程序。

placement new使用步骤

  • 缓存提前分配

    有三种方式：

    • 为了保证通过placement new使用的缓存区的memory alignment(内存队列)正确准备，使用普通的new来分配它：在堆上进行分配

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      class Task ;
      char * buff = new [sizeof(Task)]; //分配内存

      （请注意auto或者static内存并非都正确地为每一个对象类型排列，所以，你将不能以placement new使用它们。）

    • 在栈上进行分配

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      class Task ;
      char buf[N*sizeof(Task)]; //分配内存

    • 还有一种方式，就是直接通过地址来使用。(必须是有意义的地址)

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      void* buf = reinterpret_cast<void*> (0xF00F);

  • 对象的分配

    在刚才已分配的缓存区调用placement new来构造一个对象。

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    Task *ptask = new (buf) Task

  • 使用

    按照普通方式使用分配的对象：

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    ptask->memberfunction();
    ptask-> member;
    //...

  • 对象的析构

    一旦你使用完这个对象，你必须调用它的析构函数来毁灭它。按照下面的方式调用析构函数：

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    ptask->~Task(); //调用外在的析构函数

  • 释放

    你可以反复利用缓存并给它分配一个新的对象（重复步骤2，3，4）如果你不打算再次使用这个缓存，你可以象这样释放它：

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    delete [] buf;
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#include <iostream>
using namespace std;
class X
{
public:
    X() { cout<<"constructor of X"<<endl; }
    ~X() { cout<<"destructor of X"<<endl;}
    void SetNum(int n)
    {
        num = n;
    }
    int GetNum()
    {
        return num;
    }
private:
    int num;
};
int main()
{
    char* buf = new char[sizeof(X)];
    X *px = new(buf) X;
    px->SetNum(10);
    cout<<px->GetNum()<<endl;
    px->~X();
    delete []buf;
    return 0;
}

说明

本文转载自文章C++中的new、operator new与placement new。