C++中的new和delete

1. new與operator new

C++中有很多文法讓人難以理解，如：new operator（操作符,下同）和operator new之間差異，確切的說，應該是new與operator new 的區別。

1.1 new operator

如下代碼：

string *ps=new string("memory management");

這裡所使用的new就是所謂new operator，是由C++語言內建的，就像sizeof那樣，不能改變意義，總是做相同的事情。

這個動作的含義分為兩方面：

第一，它分配足夠的記憶體，用來放置某類型的對象。對於上例而言，它分配足夠放置一個string 對象記憶體。

第二，它調用一個建構函式，為剛才分配的記憶體中的那個對象設定初始值。

new operator總是做這兩件事，無論如何你是不能改變其行為。

1.2 operator new

能夠改變的是用來容納對象的那塊記憶體的分配行為，new operator調用某個函數，執行必要的記憶體配置動作，你可以重寫或者重載那個函數，改變其行為。這個函數名稱就叫operator new 。

函數 operator new 通常聲明如下：

void * operator new (size_t size);

其傳回型別void*。即返回一個指標，指向一塊原始的、未設定初始值的記憶體。

函數中的size_t參數表示需要分配多少記憶體，你可以將operator new 重載，加上額外的參數，但第一個參數類型必須總是size_t。

或者你從來沒有直接用過operator new ，但是你可以像調用任何其他函數一樣地調用它。

void* rawMemory=operator new(sizeof(string));

這裡的operator new 將返回指標，它指向一塊足夠容納string對象的記憶體。

和malloc一樣，operator new 的唯一任務就是分配記憶體，它不知道什麼是建構函式，它只負責分配記憶體。

取得operator new 返回的記憶體並將之轉為一個對象，是new operator的責任。

1.3 當編譯器看到這個句子：

string *ps=new string("memory management");

它必須產生一些代碼，或多或少會反映如下行為：

1) void* memory=operator new(sizeof(string));   //取得原始記憶體，用於放置一個string對象

2) call string::string("memory management") on *memory;//將記憶體中對象初始化

3) string *ps=static_cast<string*>(memory);   //讓ps指向新完成的對象

注意第二步，調用一個建構函式。身為程式員沒有權利繞過new operator像這麼使用建構函式，但是編譯器卻是這麼乾的。

這就是為什麼如果你想要做出一個heap-based object，一定要用new operator的原因。

也就是說new 出來的東西都放在heap裡面，而無法直接調用“對象初始化所必須的建構函式”。 

2. placement new

2.1 有時候你真的會想直接調用一個建構函式，針對一個已經存在的對象調用其建構函式，並無意義，因為建構函式用來對象初始化，而對象只能初始化一次。但是你偶爾會有一些分配好的原始記憶體，你需要在上面構建對象，有一個特殊的地方 operator new 稱為placement new，允許這麼做。

例如：

class Widget {   public:   Widget(int widgetSize);    ...... };

Widget* constructWidgetInBuffer(void *buffer,int size) {   return new (buffer) Widget(size); }

此函數返回指標，指向一個Widget object，它被構造於傳遞給此函數的一塊記憶體緩衝區上。當程式運行到共用記憶體或者記憶體I/O映射。這類函數可能是有用的，因為在那樣運用中，對象必須置於特定的地址，或者置於特殊函數分配出來的記憶體上。

 2.2 函數內部

Widget* constructWidgetInBuffer 只有一個運算式new (buffer) Widget(size)，

有點奇怪，其實不足為奇，這是new operator的用法之一，指定一個額外的自變數(buffer)作為new operator "隱式調用operator new "。於是，被調用的operator new 除了接受"一定要有size_t自變數"之外，還接受了一個void* 參數，指向一塊記憶體，準備用來接受構造好的對象。這樣的operator new 就是所謂的placement new ：

void * operator new(size_t size,void* location)

{

 return location;

}

operator new 的目的是要為對象找到一塊記憶體，然後返回一個指標指向它，在placement new 的情況下，調用者已經知道指向記憶體的指標了，因為調用者知道對象應該放在哪裡。因此placement new 唯一需要做的就是將它獲得的指標再返回。

至於沒有用到（但一定得有）的size_t參數，之所以不賦予名稱，為的是避免"編譯器某物未被使用"的警告。

另外注意：placement new 是C++標準程式庫的一部分，要使用placement new 得用#include<new>，舊式編譯器用 #include<new.h>

回頭想想placement new ，我們便能瞭解new operator和operator new之間的關係。

兩個術語表面上令人迷惑，但其實很好理解：

1）如果你希望將對象產生於heap，就是得new operator,它不但分配記憶體而為該對象調用一個建構函式。

2）如果你只是打算分配記憶體，請用operator new,就沒有建構函式被調用。

3）如果你打算在heap object產生自己決定的記憶體配置方式，請寫一個自己的operator new。並使用new operator，它將會自動調用你所寫的operator new。

4）如果你打算在已經分配（並擁有指標）的記憶體構造對象，請使用placement new 。

 3. delete 與記憶體釋放

為了避免resource leaks,每一個動態分配行為都必須匹配一個相應的釋放動作。

3.1 函數 operator delete對於內建的delete operator(操作符)就好像 operator new 對於new operator一樣。

string *ps;

...

delete ps; //使用delete operator.

記憶體釋放動作是由operator delete執行的，通常聲明如下：

void operator delete(void* memoryToBeDeallocated);

因此 delete ps;會造成編譯器代碼如下：

1）ps->~string();//調用解構函式

2）operator delete(ps);//釋放對象所佔用的記憶體

3.2 這裡提示我們，如果只打算處理原始的、未設初值的記憶體，應該完全迴避 new operator和delete operator。改為調用operator new取得記憶體並以operator delete歸還系統。

例如：

void* buffer=operator new (50*sizeof(char));//分配記憶體，放置50個char,沒有調用建構函式

...

operator delete(buffer); //釋放記憶體，而沒有直接調用解構函式。

這組行為類似malloc和free。

3.3 placement new

如果使用了placement new ，在某塊記憶體中產生對象，你應該避免那塊記憶體使用量delete operator（操作符）。

因為delete operator會調用operator delete來釋放記憶體，但是該記憶體所含的對象最初並不是由operator new 分配來的。placement new只是返回它接收的指標而已，誰知道那個指標從哪裡來呢？

所以為了抵消該對象的建構函式的影響，使用placement new 時應該直接調用該對象的解構函式。

例如：

void * mallocShared(size_t size);//申請分配記憶體

void freeShared(void * momery);//釋放記憶體

void* sharedMemory=mallocShared(sizeof(Widget));

Widget *pw=constructWidgetBuffer(sharedMemory,10);//使用前面Widget類的placement new

...

delete pw;//無定義，因為sharedMemory來自mallocShared，不是來自new。

pw->~Widget();//OK,解構函式pw所指Widget對象，但並未釋放Widget所佔用記憶體。

freeShared(pw);//OK,釋放pw所指的記憶體，不調用任何解構函式。

如上述所示，如果交給placement new的原始記憶體（raw memory）本身是動態分配而得的，那麼最終得釋放那塊記憶體，以避免memory leak。 

4. 動態分配數組（Arrays）

前面所做的都是基於單一對象上的，如果是一組對象呢？

string *ps=new string[10];//分配一個對象數組

4.1 這裡的new 與前面的new 行為類似，但略有不同，這裡不能再operator new分配記憶體，而是以operator new[]負責分配。

和operator new 一樣，operator new[]也可以被重載。

註：operator new[]是相當晚的時候才加入C++的一個特性，所以你的編譯器不一定能支援它。如果是這樣，全域的operator new 會被用來為每一個數組分配記憶體（不論數組中的對象是什麼類型）。在這樣的編譯器下定製“數組記憶體配置行為”很困難，因為你得改寫全域的operator new才行。預設情況下，全域版的operator new 負責程式中所有的動態記憶體分配，所以其行為的任何改變都可能帶來全域的影響。

另外，前面講過，operator new 只允許size_t一個參數。所以你如果決定聲明為自己的函數，你的程式便不相容於任何做了相同決定的程式庫。

多方面考慮之下，如果編譯器不支援operator new[]，定製數組記憶體管理行為，不是一個明智的決定。

4.2 數組的new 與單一對象的new所調用的建構函式不同，數組的new 必須針對數組中每一個對象調用一個建構函式。

string *ps=new string[10];//調用operator new[]以分配足夠容納10個string對象的記憶體，然後針對每個元素調用string的預設建構函式。

同樣的，當使用了delete，它也會針對數組中每一個元素調用解構函式，然後再調用operator delete[]釋放記憶體。

如：delete []ps;//為數組中的每一個元素調用string 解構函式，然後再調用 operator delete[] 釋放記憶體。 （先調用解構函式，再釋放記憶體。）

跟operator delete一樣 operator delete[]也可以被重載。

 

最後小結一下，new 和delete都是內建的操作符，語言本身所固定了，無法重新定製。但它所調用的記憶體配置/釋放的函數，即operator new和operator delete可以被重載。