[转]C++ new操作符详解

原文地址：http://blog.csdn.net/youdianmengxiangba/article/details/8233651

写在前面：

我最近写的一些博客都是因为在面试笔试过程中遇到的一个不会的问题，回来总结问题形成的。有些问题回来总结以后，自己对一个问题的理解有了更深的理解。

一、问题描述

之前腾讯笔试的时候有个题，在指定的内存空间中构造对象，当时不会。

昨天汤森路透笔试的时候也有几个关于new原型的题目。

之前就知道会用new操作符，但是没有考虑过这些问题，现在总结一下，方便以后查阅。

二、new操作符的概念

我们通常讲的new是指的是new operator，其实还有另外两个概念，operator new 和 placement new。

1、new operator

我们在使用new operator的时候，实际上是执行了三个步骤:

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

所以说operator new做的事情是new operator的一部分。

operator new的原型是

Void* operator new(size_t size);

函数的返回值是void*, 因为这个函数返回的是指针。这个指针指向原生的，为初始化的内存。其语义就像malloc。实际上它内部调用的就是malloc 。参数size 指定待分配的内存大小。

你 可以重载这个函数(注意是重载operator new，而不能重载new operator)。operator new默认情况下首先调用分配内存的代码，尝试得到一段堆上的空间，如果成功就返回，如果失败，则转而去调用一个new_hander，然后继续重复前面 过程。你可以在重载的时候加上额外的参数，但是第一个参数类型必须是size_t.例如：

class A

{

public:

void* operator new(size_t size)

{

printf("operator new calledn");

return ::operator new(size);

}

};

A* a = new A();

这里通过::operator new调用了原有的全局的new，实现了在分配内存之前输出一句话。全局的operator new也是可以重载的，但这样一来就不能再递归的使用new来分配内存，而只能使用malloc了：

void* operator new(size_t size)

{

printf("global newn");

return malloc(size);

}

相应的，delete也有delete operator和operator delete之分，后者也是可以重载的。并且，如果重载了operator new，就应该也相应的重载operator delete，这是良好的编程习惯。

3、placement new

placement new是用来实现定位构造的，因此可以实现new operator三步操作中的第二步。

其 实它也只是operator new的一个重载的版本，只是我们很少用到它。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。

我 们知道使用new操作符分配内存需要在堆中查找足够大的剩余空间，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。

使用方法如下：
1. 缓冲区提前分配
可以使用堆的空间，也可以使用栈的空间，所以分配方式有如下两种：
class MyClass {…};
char *buf=new char[N*sizeof(MyClass)+sizeof(int)];或者char buf[N*sizeof(MyClass)+sizeof(int)];

2. 对象的构造
MyClass * pClass=new(buf) MyClass;

3. 对象的销毁
一旦这个对象使用完毕，你必须显式的调用类的析构函数进行销毁对象。但此时内存空间不会被释放，以便其他的对象的构造。

pClass->~MyClass();

4. 内存的释放
如果缓冲区在堆中，那么调用delete[] buf;进行内存的释放；如果在栈中，那么在其作用域内有效，跳出作用域，内存自动释放。

注意：

• 在C++标准中，对于placement
  operator new []有如下的说明： placement operator new[] needs
  implementation-defined amount of additional storage to save a size of
  array. 所以我们必须申请比原始对象大小多出sizeof(int)个字节来存放对象的个数，或者说数组的大小。
• 使用方法第二步中的new才是placement new，其实是没有申请内存的，只是调用了构造函数，返回一个指向已经分配好的内存的一个指针，所以对象销毁的时候不需要调用delete释放空间，但必须调用析构函数销毁对象。

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，只使用第二个参数。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；

三、处理内存分配异常

正如前面所说，operator new的默认行为是请求分配内存，如果成功则返回此内存地址，如果失败则调用一个new_handler，然后再重复此过程。于是，想要从operator new的执行过程中返回，则必然需要满足下列条件之一：

1）分配内存成功

2）new_handler中抛出bad_alloc异常

3）new_handler中调用exit()或类似的函数，使程序结束

于是，我们可以假设默认情况下operator new的行为是这样的：

1. void* operator new(size_t size)
2. {
3. void* p = null
4. while(!(p = malloc(size)))
5. {
6. if(null == new_handler)
7. throw bad_alloc();
8. try
9. {
10. new_handler();
11. }
12. catch(bad_alloc e)
13. {
14. throw e;
15. }
16. catch(…)
17. {}
18. }
19. return p;
20. }

在默认情况下，new_handler的行为是抛出一个bad_alloc异常，因此 上述循环只会执行一次。

参考文献：

1、http://blog.csdn.net/danieldaniel19851023/article/details/4905747

2、http://blog.sina.com.cn/s/blog_64c4db86010141rj.html

3、http://blog.csdn.net/bichenggui/article/details/4823978