浅谈C++中各种不同意义的new和delete的使用

前言

有时候我们觉得，C++术语仿佛是要故意让人难以理解似的。这里就有一个例子：请说明new operator 和 operator new 之间的差异。
上面这段话出自《More Effective C++》中的条款8。有兴趣的读者可以阅读这本书。现在就让我们揭开这神秘的面纱吧。

new 到底做了什么

new是C++的一个关键字、操作符。
当我们执行Test* pt = new Test();这句代码时，实际上干了三件事情：

• 分配内存
• 调用Constructor函数
• 返回分配好的指针

为什么这么说呢？口说无凭眼见为实，请接着往下看。

通过VS2022查看汇编代码进行验证

首先我们需要写一个空类，然后在main中new出这个类。代码可参考如下：

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

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


	delete p;
	p = nullptr;
	return 0;
}

第一步：在创建这一行添加断点（可左击该行行首或者在该行按F9即可）。
第二步：开始调试到当前断点处（可按F5）。
第三步：在上方功能栏中点击【Debug】->【Windows】->【Disassembly】。中文对应的是【调试】->【窗口】->【反汇编】。详细请看下图。

操作完上面三步之后我们就到了汇编代码。由于重点不是研究汇编语言，所以这里我就仅对上面那三步进行标记。验证一下上面的一个猜想。

那么这里我们用到的new操作符，也就是new operator，在《C++ Primer》书中也被称为new expression。

operator new

功能：只负责内存分配
operator new默认情况下调用分配内存的代码，去尝试在堆区获取一段空间，如果成功就返回，如果失败，则调用new_hander。有关new_hander我之前写了一篇：new_hander文章链接

重载类内operator new

下面对operator new重载，进行测试；

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); // 通过::operator new调用了全局的new
	}

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

	delete pt;
	pt = nullptr;

	return 0;
}

运行结果：

可以看到先打印类内的operator new再调用constructor函数最后调用destructor函数。

重载全局 ::operator new

若要重载全局的::operator new时，最后就不能return 自身了需要写成malloc(size)。对应的delete也有delete operator 和 operator delete俩种，operator delete也是可以重载的。所以一般来说重载了operator new 就需要重载对应的operator delete了。
具体请看下面的代码：

新增一个全局的operator new函数

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

运行结果：

直接调用operator new

该函数我们可以进行重载，但是第一参数的类型必须是size_t。而且我们还可以单独调用operator new。将返回一个void类型的指针。

在原有代码基础上，增加一个成员函数用于输出日志。

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); // 通过::operator new调用了全局的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;
}

运行结果：

可以看到只打印了全局的operator new函数已经析构函数。

Placement new

头文件：#include <new> 或者#include <new.h>
可以直接调用constructor函数，是operator new的一个特殊版本，也被称为placement new函数。

需要实现一个void* operator new(size_t, void* location)的重载版本。不需要申请内存只需要返回当前对象即可。
调用的语法：new(ObjectName) ClassName(构造函数的参数)

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); // 通过::operator new调用了全局的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); // 创建内存

	new(pa) A(); // 调用构造函数

	pa->print();

	delete pa;
	pa = nullptr;

	return 0;
}

运行结果：

这里的operator new的目的是要为对象找内存，然后返回一个指针指向它。在placement new的情况下，调用者已经知道指向内存的指针了，所以placement new唯一需要做的就是将已获得指针进行返回。虽然说size_t参数没有用到但是必须要加，之所以不给形参名是因为防止编译器抱怨“某某变量未被使用”。

删除与内存释放

为了避免内存泄漏，每一个动态分配都必须匹配一个释放动作。
内存释放的动作是由operator delete执行，函数原型：void operator delete(void* object);

当我们写了这句代码时delete pa;实际上执行了俩件事。
1、调用destructor函数
2、释放对象所占的内存资源

转换成代码就相当于：

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

使用operator new创建对象该如何释放

当我们在创建对象时，没有调用constructor函数，那么释放内存时也不需要调用destructor函数。只需要operator delete(pa);。

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

	operator delete(rawMemory);
	return 0;
}

上面这段代码其实就等价于C语言里面调用malloc和free函数。

使用placement new创建对象时该如何释放

如果使用placement new在内存中产生对象，我们不能使用delete operator，因为会调用operator delete函数来释放内存。首先该内存并不是由该对象的operator new函数分配而来。它仅仅做了一个返回而已，所以这种情况下只需要调用destructor函数即可。

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

	A* pa = static_cast<A*>(rawMemory); // 创建内存

	new(pa)A(); // 调用构造函数

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

	operator delete(rawMemory);
	return 0;
}

在上面这段代码中，pa对象就是使用placement new，所以最后只需要调用destructor函数。

针对数组的创建和释放

当我们使用A* pa = new A[10];这段代码时，分配内存的方式将会发生变化。
1、由operator new 改为 operator new[]，也被叫为array new。同样array new也可以被重载，
2、array new必须调用数组中的每个对象的constructor函数。上面那个例子就会调用10个A的无参构造函数。
3、array new在释放内存时。上面那个例子就会调用10个A的destructor函数。
4、该类必须有无参构造函数。

所以我们同样也可以修改operator new[]所调用的 new operator函数，以及delete[] operator。

系统维护开销

在面对数组时，new 会额外分配空间来存储new的长度（一般为一个指针大小，32位平台下4字节，64位平台下8字节）。这个叫系统维护开销。
下面是测试代码，类A是个空类只占一个字节，正常来说应该申请10个字节的内存。

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


	delete[] pa;
	return 0;
}

32位环境下：

64位环境下：

可以看到对申请了一个指针的内存用来存放申请对象的个数。

总结

下面针对new的三种使用方式做了一个使用场景总结，切记操作对应的new 时还需要对应的delete。
1、需要将对象创建在堆区，那么就使用 new operator 也就是new操作符。它会帮你分配内存并调用constructor函数。
2、仅需要分配内存，那么就使用operator new，这样就不会调用constructor函数。
3、需要在堆区创建对象时自定义内存分配方式，那么就需要重写operator new函数然后使用new operator即可。
4、需要在已分配的内存中调用构造函数，那么就使用placement new。

到此这篇关于浅谈C++中各种不同意义的new和delete的使用的文章就介绍到这了,更多相关C++ new和delete 内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！

最新评论