C++中的new、operator new与placement new

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本文总结：

new是全局的表达式，new是不能被重载的，比如 X x = new X;

会发生三件事：

1. 调用内建的operator new分配一块内存，可以看做malloc

2. 在这块内存上调用构造函数，调用 placement new

3. 返回新建的类的地址

要是使用自己的内存管理策略，应该要在类内部重载operator new

同理，对于delete，也是不能被重载的，delete x会发生两件事：

1. 调用x的析构函数

2. 调用内建的operator delete 释放掉x所占空间

要是使用自己的内存管理策略，也必须要在类内部重载 operator delete

C++中的new/delete与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

（1）调用operator new分配足够的空间，并调用相关对象的构造函数

（2）不可以被重载

operator new

（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

（2）可以被重载

（3）重载时，返回类型必须声明为void*

（4）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

（5）重载时，可以带其它参数

delete 与 delete operator类似

#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)//string str这个参数可以省略
{
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的含义

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）。

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：

Widget * p = new Widget; //ordinary new

pi = new (ptr) int; 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

（1）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：

1. 调用operator new分配内存 ；

2. 调用构造函数生成类对象；

3. 返回相应指针。

（2）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。

（3）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时行不通的。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

1.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。

2.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

在很多情况下，placement new的使用方法和其他普通的new有所不同。这里提供了它的使用步骤。

第一步 缓存提前分配

有三种方式：

1.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

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。)

2.在栈上进行分配

class Task ;

char buf[N*sizeof(Task)]; //分配内存

3.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)

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

第二步：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。

Task *ptask = new (buf) Task

第三步：使用

按照普通方式使用分配的对象：

ptask->memberfunction();

ptask-> member;

//...

第四步：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：

ptask->~Task(); //调用外在的析构函数

第五步：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：delete [] buf;

跳过任何步骤就可能导致运行时间的崩溃，内存泄露，以及其它的意想不到的情况。如果你确实需要使用placement new，请认真遵循以上的步骤。

#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;
}

http://www.cppblog.com/expter/archive/2009/08/16/93511.html

代码如下 ：

1

#include <iostream>

2

#include <cstdlib>

3

using namespace std;

4


5

class MyObjectMan;

6


7

struct block

8

{

9

enum { max = 1000 };

10


11

union{

12

char store[ 100 ]; /// 对于特定的对象，可以通过sizeof(Object);来避免浪费,

13

block *next;

14

};

15


16

static block * free;

17

static int num_used;

18

};

19


20

block* block::free = NULL; /// 空闲的列表

21

int block::num_used = 0;

22

static block mem[ block::max ]; /// 静态存储块

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24

class MyObjectMan

25

{

26

///

27

/// 构造函数 Default constructor

28

///

29

public:

30

MyObjectMan( int _val , int _type): val(_val) , type(_type)

31

{

32

std::cout <<" constructor " << std::endl;

33

}

34


35

~MyObjectMan()

36

{

37

std::cout <<" disconstructor " << std::endl;

38

}

39


40

void print()

41

{

42

std::cout << " val values is " << val

43

<< " type values is " << type << std::endl;

44

}

45


46

void OutAddress()

47

{

48

std::cout << " val values is " << &val

49

<< " type values is " << &type << std::endl;

50

}

51

///

52

/// 重载new delete

53

///

54

public:

55

void * operator new ( size_t t) /// 分配空间

56

{

57

if ( block::free ) /// 如果有空闲的列表，先从空闲列表中取出空间进行分配

58

{

59

block *tmp = block::free;

60

block::free= block::free->next;

61


62

return tmp;

63

}

64

else if ( block::num_used < block::max )

65

{

66

return &mem[ block::num_used++ ]; /// 返回空闲区间

67

}

68

else /// 如果没有空闲区间

69

throw 1;

70

}

71


72

void operator delete( void *p ) /// 添加到空闲的free list

73

{

74

static_cast<block * >(p)->next = block::free; /// 采用的是链表的前插入

75

block::free = static_cast<block*>(p);

76

}

77


78

///

79

/// var

80

///

81

private:

82

int val;

83

int type;

84


85

};

86


87

int main()

88

{

89

MyObjectMan *h1 = new MyObjectMan( 1 , 1);

90

h1->print();

91

h1->OutAddress();

92


93

delete h1;

94


95


96

MyObjectMan *h2 = new MyObjectMan( 2 , 2);

97

h2->print();

98

h2->OutAddress();

99

delete h2;

100


101


<span body="" <%="">

运行结果:

constructor

val values is 1 type values is 1

val values is 0041A170 type values is 0041A174

disconstructor

constructor

val values is 2 type values is 2

val values is 0041A170 type values is 0041A174

disconstructor

可以看出对象1，2地址一样，且内存中存储方式也一样。