C++中的new/delete

　　不同于C语言中的malloc/free是库函数，C++语言中的new/delete是运算符，而不是库函数。

new/delete执行流程

　　我们经常会接触到的是new/delete operator（就是new/delete运算符）。其中new operator背后会调用operator new和placement new函数，而delete operator背后会调用operator delete函数。

　　对于new operator而言，它的执行流程为：

　　1）通过operator new函数申请内存
　　2）使用placement new函数调用构造函数（简单类型如int，可忽略此步）
　　3）返回内存指针

　　而对于delete operator而言，它的执行流程为：

　　1）调用析构函数（简单类型忽略此步）
　　2）通过operator delete函数释放内存

new operator

　　调用new，首先会先调用operator new函数申请内存。根据《深度探索C++对象模型》一书6.2节，一个不考虑异常处理的operator new函数经典实现如下：

extern void*
operator new(size_t size)
{
    if(size == 0)
        size = 1;

    void *last_alloc;
    while(!(last_alloc = malloc(size)))
    {
        if(_new_handler)    // _new_handler可自定义
            (*_new_handler)();
        else
            return 0;
    }
    return last_alloc;
}

 

　　可以看出，operator new底层实际是调用了malloc来申请内存的。

　　接下来就是调用placement new来对以申请到的内存进行初始化，也就是调用类的构造函数。实际上，placement new只是operator new的另一个重载版本，如下：

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

　　placement new就如此简单吗？实际并非如此，这只是它的一般操作，另一半操作无法由程序员产生出来。placement operator new的另一半操作正好是调用类的构造函数对已申请到的内存进行初始化。

delete operator

　　调用delete，首先会调用类的析构函数，然后再调用operator delete函数释放类占用的内存。operator delete的简单实现如下：

extern void
operator delete(void *ptr)
{
    if(ptr)
        free((Object *)ptr);
}

　　也就是说，operator delete的底层实际调用的还是free库函数。

更多详细资料 

　　浅谈 C++ 中的 new/delete 和 new[]/delete[]

　　C++中的new、operator new与placement new

　　深入探究C++的new/delete操作符

 

　　下文关于new失败后的正确处理摘自建议30：new内存失败后的正确处理：

new失败后的正确处理

　　通常，我们在使用new进行内存分配的时候，会采用以下的处理方式：

char *pStr = new string[SIZE];  
if(pStr == NULL)  
{  
    ... // Error processing  
    return false;  
} 　

　　你能发现上述代码中存在的问题吗？这是一个隐蔽性极强的臭虫（Bug）。

　　我们沿用了C时代的良好传统：使用 malloc 等分配内存的函数时，一定要检查其返回值是否为“空指针”，并以此作为检查分配内存操作是否成功的依据，这种Test-for-NULL代码形式是一种良好的编程习惯，也是编写可靠程序所必需的。可是，这种完美的处理形式必须有一个前提：若new失败，其返回值必须是NULL。只有这样才能保证上述看似“逻辑正确、风格良好”的代码可以正确运行。

　　那么new失败后编译器到底是怎么处理的？在很久之前，即C++编译器的蛮荒时代，C++编译器保留了C编译器的处理方式：当operator new不能满足一个内存分配请求时，它返回一个NULL 指针。这曾经是对C的malloc函数的合理扩展。然而，随着技术的发展，标准的更新，编译器具有了更强大的功能，类也被设计得更漂亮，新时代的new在申请内存失败时具备了新的处理方式：抛出一个bad_alloc exception（异常）。所以，在新的标准里，上述Test-for-NULL处理方式不再被推荐和支持。

　　如果再回头看看本建议开头的代码片段，其中的 if (pStr == 0 )从良好的代码风格突然一下变成了毫无意义。在C++里，如果 new 分配内存失败，默认是抛出异常。所以，如果分配成功，pStr == 0就绝对不会成立；而如果分配失败了，也不会执行if ( pStr == 0 )，因为分配失败时，new 就会抛出异常并跳过后面的代码。

　　为了更加明确地理解其中的玄机，首先看看相关声明：

namespace   std  
{  
    class   bad_alloc  
    {  
            //   ...  
    };  
}  
 
//   new   and   delete  
void   *operator   new(std::size_t)   throw(std::bad_alloc);  
void   operator   delete(void   *)   throw();  
 
//   array   new   and   delete  
void   *operator   new[](std::size_t)   throw(std::bad_alloc);  
void   operator   delete[](void   *)   throw();  
 
//   placement   new   and   delete  
void   *operator   new(std::size_t,   void   *)   throw();  
void   operator   delete(void   *,   void   *)   throw();  
 
//   placement   array   new   and   delete  
void   *operator   new[](std::size_t,   void   *)   throw();  
void   operator   delete[](void   *,   void   *)   throw();

　　在以上的new操作族中，只有负责内存申请的operator new才会抛出异常std::bad_alloc。如果出现了这个异常，那就意味着内存耗尽，或者有其他原因导致内存分配失败。所以，按照C++标准，如果想检查 new 是否成功，则应该捕捉异常：

try  
{  
　   int* pStr = new string[SIZE];  
...  // processing codes  
}  
catch ( const bad_alloc& e )  
{  
    return -1;  
} 

　　但是市面上还存在着一些古老编译器的踪迹，这些编译器并不支持这个标准。同时，在这个标准制定之前已经存在的很多代码，如果因为标准的改变而变得漏洞百出，肯定会引起很多人抗议。C++标准化委员会并不想遗弃这些 Test-for-NULL的代码，所以他们提供了operator new 的另一种可选形式— nothrow ，用以提供传统的Failure-yields-NULL行为。

　　其实现原理如下所示：

void * operator new(size_t cb, const std::nothrow_t&) throw()  
{ 
    char *p;  
　　 try  
　　 {  
    　　p = new char[cb];  
　　 }  
　　 catch (std::bad_alloc& e)  
　　 {  
    　　p = 0;  
　　 }  
    return p;  
} 

　　文件中也声明了nothrow new的重载版本，其声明方式如下所示：

namespace   std  
{  
     struct   nothrow_t  
     {  
        //   ...  
     };  
     extern   const   nothrow_t   nothrow;  
}  
 
//  new   and   delete  
void   *operator   new(std::size_t,   std::nothrow_t   const   &)   throw();  
void   operator   delete(void   *,   std::nothrow_t   const   &)   throw();  
 
//   array   new   and   delete  
void   *operator   new[](std::size_t,   std::nothrow_t   const   &)   throw();  
void   operator   delete[](void   *,   std::nothrow_t   const   &)   throw(); 

　　如果采用不抛出异常的new形式，本建议开头的代码片段就应该改写为以下形式：

int* pStr = new(std::nothrow) string[SIZE];  
if(pStr==NULL)  
{  
     ...  // 错误处理代码  
} 

　　根据建议29可知，编译器在表达式 new (std::nothrow) ClassName中一共完成了两项任务。首先，operator new 的 nothrow 版本被调用来为一个ClassName object分配对象内存。假如这个分配失败，operator new返回null指针；假如内存分配成功，ClassName 的构造函数则被调用，而在此刻，对象的构造函数就能做任何它想做的事了。如果此时它也需要new 一些内存，但是没有使用 nothrow new形式，那么，虽然在"new (std::nothrow) ClassName" 中调用的operator new 不会抛出异常，但其构造函数却无意中办了件错事。假如它真的这样做了，exception就会像被普通的operator new抛出的异常一样在系统里传播。所以使用nothrow new只能保证operator new不会抛出异常，无法保证"new (std::nothrow) ClassName"这样的表达式不会抛出exception。所以，慎用nothrow new。

　　最后还需要说明一个比较特殊但是确实存在的问题：在Visual C++ 6.0 中目前operator new、operator new(std::nothrow) 和 STL 之间不兼容、不匹配，而且不能完全被修复。如果在非MFC项目中使用Visual C++6.0中的STL，其即装即用的行为可能导致STL在内存不足的情况下让应用程序崩溃。对于基于MFC的项目，STL是否能够幸免于难，完全取决于你使用的 STL 针对operator new的异常处理。这一点，在James Hebben的文章《不要让内存分配失败导致您的旧版 STL 应用程序崩溃》中进行了详细的介绍，如果你在使用古老的Visual C++ 6.0编译器，而且对这个问题充满兴趣，请Google之。

　　请记住：

　　当使用new申请一块内存失败时，抛出异常std::bad_alloc是C++标准中规定的标准行为，所以推荐使用try{ p = new int[SIZE]; } catch( std::bad_alloc ) { ... }的处理方式。但是在一些老旧的编译器中，却不支持该标准，它会返回NULL，此时具有C传统的Test_for_NULL代码形式便起了作用。所以，要针对不同的情形采取合理的处置方式。