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new/delete malloc/free深入剖析

malloc和free是C语言用来分配和回收堆内存的函数，而new和delete是C++语言的引进的关键字。

-- malloc函数

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void *malloc( size_t size );

该函数需要传入一个参数，该参数指明要分配多少个字节的内存;返回一个void类型的指针。

示例用法：int* a = (int*)malloc(4*sizeof(int));

-- free函数

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void free( void *memblock );

该函数需要传入待回收堆内存的首地址。

关于C语言的内存分配和释放，比较简单，没什么需要特别注意的地方。

----------------------------------------------------------------------------

以下重点讨论new/delete，new [] / delete[]的一些要注意的细节。

对于基本类型而言，new只会为其分配相应的内存；delete只会将分配的内存进行回收。

但对于复合类型，new除了分配内存之外，还会调用该对象的构造函数来对对象进行初始化；delete除了回收内存，还会在此之前，调用该对象的析构函数来对对象执行清理工作。

 

语言内建的new/delete，new [] / delete[]的实现

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class CPoint
{
public:
    CPoint()
    {
        m_X = 0;
        m_Y = 0;
    }
    CPoint(double x, double y)
    {
        m_X = x;
        m_Y = y;
    }
 
    virtual ~CPoint()
    {
 
    }
private:
    double m_X, m_Y;
};
 
//////////////////////////////////////////////////////////
CPoint* p1 = new CPoint(2.5, 3.5);
delete p1;
 
CPoint* p2 = new CPoint[5];
delete [] p2;

实现代码如下：

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// new的实现
CPoint* p1 = nullptr;
try
{
    void* mem = operator new(sizeof(CPoint)); // 申请内存
    p1 = static_cast<CPoint*>(mem);
    p1->CPoint::CPoint(2.5, 3.5);  // 调用构造函数
}
catch (std::bad_alloc& e)
{
}
 
// delete的实现
p1->CPoint::~CPoint();  // 调用析构函数
operator delete(p1);  // 释放内存
 
// new[]的实现
CPoint* p2 = nullptr;
try
{
    void* mem = operator new(sizeof(CPoint)*5);  // 申请内存
    p2 = static_cast<CPoint*>(mem);
    for (int i=0; i<5; ++i)
    {
        (p2+i)->CPoint::CPoint();  // 逐个调用构造函数
    }
}
catch (std::bad_alloc& e)
{
}
 
// delete[]的实现
for (int i = 0; i < 5; ++i)
{
    (p2 + i)->CPoint::~CPoint();  // 逐个调用析构函数
}
operator delete(p2);  // 释放内存

 

重载operator new / operator delete，operator new [] / operator delete[]

operator new / new[]类似于malloc，只分配堆内存，不调用相关对象的构造函数

operator delete / delete[]类似于free，只释放堆内存，不调用相关对象的析构函数

（1）全局重载

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//一般的版本
void* operator new(std::size_t count) throw(std::bad_alloc)
{
    return malloc(count);
}
void* operator new[](std::size_t count) throw(std::bad_alloc)
{
    return malloc(count);
}
void* operator new(std::size_t count, void *ptr) // placement new
{
    return (ptr);
}
 
void* operator new[](std::size_t count, void *ptr) // placement new
{
    return (ptr);
}
 
 
void operator delete(void* p) throw()
{
    free(p);
}
void operator delete[](void* p) throw()
{
    free(p);
}
//兼容早版本的new,内存分配失败不会抛出异常
void* operator new(std::size_t count, const std::nothrow_t&) throw();
{
    return malloc(count);
}
void* operator new[](std::size_t count, const std::nothrow_t&) throw()
{
    return malloc(count);
}
 
void operator delete(void* p, const std::nothrow_t&) throw()
{
    free(p);
}
void operator delete[](void* p, const std::nothrow_t&) throw()
{
    free(p);
}

 

C++17还支持带对齐参数的operator new

 

（2）类内重载

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class CTest
{
public:
    //一般的版本
    void* operator new(std::size_t count) throw(std::bad_alloc)
    {
        return malloc(count);
    }
    void* operator new[](std::size_t count) throw(std::bad_alloc)
    {
        return malloc(count);
    }
    void* operator new(size_t, void *_Where) // placement new
    {
        return (_Where);
    }
    void operator delete(void* p) throw()
    {
        free(p);
    }
    void operator delete[](void* p) throw()
    {
        free(p);
    }
    //兼容早版本的new,内存分配失败不会抛出异常
    void* operator new(std::size_t count, const std::nothrow_t&) throw()
    {
        return malloc(count);
    }
    void* operator new[](std::size_t count, const std::nothrow_t&) throw()
    {
        return malloc(count);
    }
    void operator delete(void* p, const std::nothrow_t&) throw()
    {
        free(p);
    }
    void operator delete[](void* p, const std::nothrow_t&) throw()
    {
        free(p);
    }
     
//static版本
//public:
//  static void* operator new(std::size_t count) throw(std::bad_alloc)
//  {
//      return malloc(count);
//  }
//  static void* operator new[](std::size_t count) throw(std::bad_alloc)
//  {
//      return malloc(count);
//  }
//  static void* operator new(size_t, void *_Where) // placement new
//  {
//      return (_Where);
//  }
//  static void operator delete(void* p) throw()
//  {
//      free(p);
//  }
//  static void operator delete[](void* p) throw()
//  {
//      free(p);
//  }
//  //兼容早版本的new,内存分配失败不会抛出异常
//  static void* operator new(std::size_t count, const std::nothrow_t&) throw()
//  {
//      return malloc(count);
//  }
//  static void* operator new[](std::size_t count, const std::nothrow_t&) throw()
//  {
//      return malloc(count);
//  }
//  static void operator delete(void* p, const std::nothrow_t&) throw()
//  {
//      free(p);
//  }
//  static void operator delete[](void* p, const std::nothrow_t&) throw()
//  {
//      free(p);
//  }
};

注1：operator new/delete，operator new [] / delete[]被重载后，程序员需要在其中编写内存申请和内存释放的逻辑

注2：对于复合类型，执行new操作时，按照以下顺序来确定new进行内存申请，然后调用构造函数

         ①类内new重载   ②自定义全局new重载   ③语言内建new

注3：对于基本类型，执行new操作时，按照以下顺序来确定new进行内存申请

         ①自定义全局new重载  ②语言内建new

注4：对于复合类型，执行delete操作时，会先调用析构函数，最后按照以下顺序来确定delete进行内存释放

         ①类内delete重载   ②自定义全局delete重载   ③语言内建delete

注5：对于基本类型，执行delete操作时，按照以下顺序来确定delete进行内存释放

         ①自定义全局delete重载  ②语言内建delete

注6：对于复合类型，使用::new和::delete来调用，按照以下顺序来确定全局new/delete

         ①自定义全局new/delete重载  ②语言内建new/delete

注7：另外，可以把重载后的new/delete当作普通函数一样调用；需要注意的是，此时不会调用构造函数和析构函数，程序员需要自己显示地调用

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// operator
CTest* p1 = (CTest*)operator new(sizeof(CTest));  // 调用全局new操作符重载
p1->CTest::CTest(); // 需要显示调用构造函数
 
p1->~CTest(); // 需要显示调用析构函数
operator delete(p1); // 调用全局delete操作符重载
 
// ::operator
CTest* p2 = (CTest*)::operator new(sizeof(CTest));  // 调用全局new操作符重载
p2->CTest::CTest(); // 需要显示调用构造函数
 
p2->~CTest(); // 需要显示调用析构函数
::operator delete(p2); // 调用全局delete操作符重载
 
// CTest::operator
CTest* p3 = (CTest*)CTest::operator new(sizeof(CTest));  // 调用类的new操作符重载
p3->CTest::CTest(); // 需要显示调用构造函数
 
p3->~CTest(); // 需要显示调用析构函数
CTest::operator delete(p3); // 调用类的delete操作符重载

 

placement new

有时可能会有一些分配好的原始内存，我们需要在上面构建对象。placement new可以用来达到此目的。

语言內建的placement new是c++标准程序库的一部分，要使用placement new，必须#include <new>。placement new在已有的内存地址上构建对象，并会调用构造函数。

使用完这个对象后，需要显示调用它的析构函数来做对象的清理工作。

placement new创建的对象不能直接delete进行销毁，至于对象所占的内存如何处理，要看这块内存的具体来源。

placement new的重载及覆盖规则与普通的new是一样的，参见上文。

具体用法：

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class widget
{
public:
    widget(int n);
};
 
widget* constructWidgetInBuf(void* buf, int n)
{
    return new (buf) widget(n);
}

 

*** new的异常处理 ***

如果new了很大的一块空间，最好是进行异常判断。

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try{
    int* pMem = new int[100000];
}
catch(std::bad_alloc& e) // 需要#include <new>
{
    std::cout << e.what() << std::endl;
}

 

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