new,malloc和::operator new

Posted 2022-12-09 printfnothing

运行程序离不开内存管理，c内存管理离不开malloc和free，c++内存管理离不开new和delete。

虽说都是为了申请内存和释放内存，但new和malloc还是有区别的，这里总结下：

两者联系自不必多说，都是为了在堆上动态的申请和释放内存。

区别在于：

1.new和delete属于操作符，而malloc和free其实是两个系统函数。

2.new在申请内存时候返回的是指定类型的指针，申请内存大小自动计算；malloc在申请内存时候返回的是void*指针，并且在申请时要指明申请内存的大小，以参数形式传进去。

char * a = new char;
char * b = (char*)malloc(sizeof(char));

3.new在申请完内存后会调用该类型的构造函数，也就是说new在申请完内存后会初始化这段内存；malloc则单纯的多，申请完指定大小的内存就完事，至于这段内存要用作何用，malloc并不关心。

4.内置类型如int,char,float等等均可以用new和malloc申请内存，但是非内置类型，也就是程序员新建的类型不能使用malloc而必须使用new。我觉得出现这个现象的原因是因为c和c++两者区别导致的，从某种角度说，c是c++的子集，c++在c基础上又增加了模板和类等新东西，new和delete的出现是为了适应class的构造与析构，而malloc和free设计之初只是为了适应c的内存管理，所以不能把class的构造和析构强加于malloc和free身上。

5.new和delete配对使用，malloc和free配对使用。

以上是new/delete和malloc/free的区别，malloc/free背后的机制相对简单，只是分配/释放指定大小的内存，而new/delete背后的机制就复杂些：

一般，在使用new时，编译器会执行两步操作：

1.调用::operator new()分配计算后的内存；

2.在分配好的内存上调用该类型的构造函数进行初始化。

delete则刚好相反：

1.调用对象的析构函数；

2.使用::operator delete()释放内存。

new/delete各自背后的两步操作是无法规避的，由于new/delete是操作符，所以实现形式上不能按照程序员需要进行改变，但是::operator new()和::operator delete()是两个属于std中的函数，其作用与malloc和free相似，都是为了分配足够大的内存，只是它们并不关心内存的初始化问题。

先看两个operator的一般调用方式：

void* operator new(size_t);

void operator delete(void*);

是不是与malloc和free很像呢？

operator new更具体的形式有三种：

//异常抛出形式：
void* operator new (std::size_t size) throw (std::bad_alloc);
//不抛出异常形式
 void* operator new (std::size_t size, const std::nothrow_t& nothrow_value) throw();
//placement形式
void* operator new (std::size_t size, void* ptr) throw();

使用new或delete时候，默认调用std::operator new()或std::operator delete();既然是函数就可以重载，程序员可以按照实际需要重载这两个函数。看下面这个例子：

class A

public:
	A()
	  cout<<"A constructor"<<endl;
	
	void* operator new(size_t size)
	  cout<<"this is A's new"<<endl;
          return ::operator new(size);
	
	void operator delete(void* ptr)
	  cout<<"this is A's delete"<<endl;
	  return ::operator delete(ptr);
	
	~A()
	  cout<<"A destructor"<<endl;
	
;
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])

  A *a = new A;
  delete a;
  return 0;

运行结果：

虽然我们不能改变new/delete的行为，但是通过重载operator new() 和 operator delete()我们可以实现自己想要的内存管理方式，这在内存池的实现中十分关键。

关于operator new有几点要注意：
（1）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）重载时，返回类型必须声明为void*
（3）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
（4）重载时，可以带除（3）以外的其它参数