前言

有時(shí)候我們覺得，C++術(shù)語(yǔ)仿佛是要故意讓人難以理解似的。這里就有一個(gè)例子：請(qǐng)說明new operator 和 operator new 之間的差異。
上面這段話出自《More Effective C++》中的條款8。有興趣的讀者可以閱讀這本書?，F(xiàn)在就讓我們揭開這神秘的面紗吧。

new 到底做了什么

new是C++的一個(gè)關(guān)鍵字、操作符。
當(dāng)我們執(zhí)行Test* pt = new Test();這句代碼時(shí)，實(shí)際上干了三件事情：

• 分配內(nèi)存
• 調(diào)用Constructor函數(shù)
• 返回分配好的指針

為什么這么說呢？口說無(wú)憑眼見為實(shí)，請(qǐng)接著往下看。

通過VS2022查看匯編代碼進(jìn)行驗(yàn)證

首先我們需要寫一個(gè)空類，然后在main中new出這個(gè)類。代碼可參考如下：

class A
{
public:
	A()
	{
		
	}
	~A()
	{
		
	}
};

int main()
{
	A* p = new A();


	delete p;
	p = nullptr;
	return 0;
}

第一步：在創(chuàng)建這一行添加斷點(diǎn)（可左擊該行行首或者在該行按F9即可）。
第二步：開始調(diào)試到當(dāng)前斷點(diǎn)處（可按F5）。
第三步：在上方功能欄中點(diǎn)擊【Debug】->【W(wǎng)indows】->【Disassembly】。中文對(duì)應(yīng)的是【調(diào)試】->【窗口】->【反匯編】。詳細(xì)請(qǐng)看下圖。

操作完上面三步之后我們就到了匯編代碼。由于重點(diǎn)不是研究匯編語(yǔ)言，所以這里我就僅對(duì)上面那三步進(jìn)行標(biāo)記。驗(yàn)證一下上面的一個(gè)猜想。

那么這里我們用到的new操作符，也就是new operator，在《C++ Primer》書中也被稱為new expression。

operator new

功能：只負(fù)責(zé)內(nèi)存分配
operator new默認(rèn)情況下調(diào)用分配內(nèi)存的代碼，去嘗試在堆區(qū)獲取一段空間，如果成功就返回，如果失敗，則調(diào)用new_hander。有關(guān)new_hander我之前寫了一篇：new_hander文章鏈接

重載類內(nèi)operator new

下面對(duì)operator new重載，進(jìn)行測(cè)試；

class A
{
public:
	A()
	{
		std::cout << "Call A Constructor!" << std::endl;
	}
	~A()
	{
		std::cout << "Call A Destructor!" << std::endl;
	}

	void* operator new(size_t size)
	{
		std::cout << "Call operator new" << "\t size = " << size << std::endl;
		return ::operator new(size); // 通過::operator new調(diào)用了全局的new
	}

};
int main()
{
	A* pt = new A();

	delete pt;
	pt = nullptr;

	return 0;
}

運(yùn)行結(jié)果：

可以看到先打印類內(nèi)的operator new再調(diào)用constructor函數(shù)最后調(diào)用destructor函數(shù)。

重載全局 ::operator new

若要重載全局的::operator new時(shí)，最后就不能return 自身了需要寫成malloc(size)。對(duì)應(yīng)的delete也有delete operator 和 operator delete倆種，operator delete也是可以重載的。所以一般來(lái)說重載了operator new 就需要重載對(duì)應(yīng)的operator delete了。
具體請(qǐng)看下面的代碼：

新增一個(gè)全局的operator new函數(shù)

void* operator new(size_t size)
{
	std::cout << "Call global operator new" << "\t" << size << std::endl;
	return malloc(size);
}

運(yùn)行結(jié)果：

直接調(diào)用operator new

該函數(shù)我們可以進(jìn)行重載，但是第一參數(shù)的類型必須是size_t。而且我們還可以單獨(dú)調(diào)用operator new。將返回一個(gè)void類型的指針。

在原有代碼基礎(chǔ)上，增加一個(gè)成員函數(shù)用于輸出日志。

class A
{
public:
	A()
	{
		std::cout << "Call A Constructor!" << std::endl;
	}
	~A()
	{
		std::cout << "Call A Destructor!" << std::endl;
	}

	void* operator new(size_t size)
	{
		std::cout << "Call operator new" << "\t size = " << size << std::endl;
		return ::operator new(size); // 通過::operator new調(diào)用了全局的new
	}
	void print()
	{
		std::cout << "ha ha !" << std::endl;
	}
};

void* operator new(size_t size)
{
	std::cout << "Call global operator new" << "\t size = " << size << std::endl;
	return malloc(size);
}

int main()
{
	void* rawMemory = operator new(sizeof(A));

	A* pa = static_cast<A*>(rawMemory);
	pa->print();

	delete pa;
	pa = nullptr;
	
	return 0;
}

運(yùn)行結(jié)果：

可以看到只打印了全局的operator new函數(shù)已經(jīng)析構(gòu)函數(shù)。

Placement new

頭文件：#include <new> 或者#include <new.h>
可以直接調(diào)用constructor函數(shù)，是operator new的一個(gè)特殊版本，也被稱為placement new函數(shù)。

需要實(shí)現(xiàn)一個(gè)void* operator new(size_t, void* location)的重載版本。不需要申請(qǐng)內(nèi)存只需要返回當(dāng)前對(duì)象即可。
調(diào)用的語(yǔ)法：new(ObjectName) ClassName(構(gòu)造函數(shù)的參數(shù))

class A
{
public:
	A()
	{
		std::cout << "Call A Constructor!" << std::endl;
	}
	~A()
	{
		std::cout << "Call A Destructor!" << std::endl;
	}

	void* operator new(size_t size)
	{
		std::cout << "Call operator new" << "\t size = " << size << std::endl;
		return ::operator new(size); // 通過::operator new調(diào)用了全局的new
	}

	void* operator new(size_t size, void* location)
	{
		std::cout << "Call operator new(size_t size, void* location)" << std::endl;
		return location;
	}
	void print()
	{
		std::cout << "ha ha !" << std::endl;
	}
};

int main()
{
	void* rawMemory = operator new(sizeof(A));

	A* pa = static_cast<A*>(rawMemory); // 創(chuàng)建內(nèi)存

	new(pa) A(); // 調(diào)用構(gòu)造函數(shù)

	pa->print();

	delete pa;
	pa = nullptr;

	return 0;
}

運(yùn)行結(jié)果：

這里的operator new的目的是要為對(duì)象找內(nèi)存，然后返回一個(gè)指針指向它。在placement new的情況下，調(diào)用者已經(jīng)知道指向內(nèi)存的指針了，所以placement new唯一需要做的就是將已獲得指針進(jìn)行返回。雖然說size_t參數(shù)沒有用到但是必須要加，之所以不給形參名是因?yàn)榉乐咕幾g器抱怨“某某變量未被使用”。

刪除與內(nèi)存釋放

為了避免內(nèi)存泄漏，每一個(gè)動(dòng)態(tài)分配都必須匹配一個(gè)釋放動(dòng)作。
內(nèi)存釋放的動(dòng)作是由operator delete執(zhí)行，函數(shù)原型：void operator delete(void* object);

當(dāng)我們寫了這句代碼時(shí)delete pa;實(shí)際上執(zhí)行了倆件事。
1、調(diào)用destructor函數(shù)
2、釋放對(duì)象所占的內(nèi)存資源

轉(zhuǎn)換成代碼就相當(dāng)于：

	pa->~A();
	operator delete(pa);

使用operator new創(chuàng)建對(duì)象該如何釋放

當(dāng)我們?cè)趧?chuàng)建對(duì)象時(shí)，沒有調(diào)用constructor函數(shù)，那么釋放內(nèi)存時(shí)也不需要調(diào)用destructor函數(shù)。只需要operator delete(pa);。

int main()
{
	void* rawMemory = operator new(sizeof(A));
	
.	...其他代碼	

	operator delete(rawMemory);
	return 0;
}

上面這段代碼其實(shí)就等價(jià)于C語(yǔ)言里面調(diào)用malloc和free函數(shù)。

使用placement new創(chuàng)建對(duì)象時(shí)該如何釋放

如果使用placement new在內(nèi)存中產(chǎn)生對(duì)象，我們不能使用delete operator，因?yàn)闀?huì)調(diào)用operator delete函數(shù)來(lái)釋放內(nèi)存。首先該內(nèi)存并不是由該對(duì)象的operator new函數(shù)分配而來(lái)。它僅僅做了一個(gè)返回而已，所以這種情況下只需要調(diào)用destructor函數(shù)即可。

int main()
{
	void* rawMemory = operator new(sizeof(A));
	

	A* pa = static_cast<A*>(rawMemory); // 創(chuàng)建內(nèi)存

	new(pa)A(); // 調(diào)用構(gòu)造函數(shù)

	pa->~A();
	pa = nullptr;

	operator delete(rawMemory);
	return 0;
}

在上面這段代碼中，pa對(duì)象就是使用placement new，所以最后只需要調(diào)用destructor函數(shù)。

針對(duì)數(shù)組的創(chuàng)建和釋放

當(dāng)我們使用A* pa = new A[10];這段代碼時(shí)，分配內(nèi)存的方式將會(huì)發(fā)生變化。
1、由operator new 改為 operator new[]，也被叫為array new。同樣array new也可以被重載，
2、array new必須調(diào)用數(shù)組中的每個(gè)對(duì)象的constructor函數(shù)。上面那個(gè)例子就會(huì)調(diào)用10個(gè)A的無(wú)參構(gòu)造函數(shù)。
3、array new在釋放內(nèi)存時(shí)。上面那個(gè)例子就會(huì)調(diào)用10個(gè)A的destructor函數(shù)。
4、該類必須有無(wú)參構(gòu)造函數(shù)。

所以我們同樣也可以修改operator new[]所調(diào)用的 new operator函數(shù)，以及delete[] operator。

系統(tǒng)維護(hù)開銷

在面對(duì)數(shù)組時(shí)，new 會(huì)額外分配空間來(lái)存儲(chǔ)new的長(zhǎng)度（一般為一個(gè)指針大小，32位平臺(tái)下4字節(jié)，64位平臺(tái)下8字節(jié)）。這個(gè)叫系統(tǒng)維護(hù)開銷。
下面是測(cè)試代碼，類A是個(gè)空類只占一個(gè)字節(jié)，正常來(lái)說應(yīng)該申請(qǐng)10個(gè)字節(jié)的內(nèi)存。

int main()
{
	A* pa = new A[10];


	delete[] pa;
	return 0;
}

32位環(huán)境下：

64位環(huán)境下：

可以看到對(duì)申請(qǐng)了一個(gè)指針的內(nèi)存用來(lái)存放申請(qǐng)對(duì)象的個(gè)數(shù)。

總結(jié)

下面針對(duì)new的三種使用方式做了一個(gè)使用場(chǎng)景總結(jié)，切記操作對(duì)應(yīng)的new 時(shí)還需要對(duì)應(yīng)的delete。
1、需要將對(duì)象創(chuàng)建在堆區(qū)，那么就使用 new operator 也就是new操作符。它會(huì)幫你分配內(nèi)存并調(diào)用constructor函數(shù)。
2、僅需要分配內(nèi)存，那么就使用operator new，這樣就不會(huì)調(diào)用constructor函數(shù)。
3、需要在堆區(qū)創(chuàng)建對(duì)象時(shí)自定義內(nèi)存分配方式，那么就需要重寫operator new函數(shù)然后使用new operator即可。
4、需要在已分配的內(nèi)存中調(diào)用構(gòu)造函數(shù)，那么就使用placement new。

到此這篇關(guān)于淺談C++中各種不同意義的new和delete的使用的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++ new和delete 內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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