c++ 中的重載全域new，delete

最近做一個小項目，對c++又有很多新的理解。實在不的不讓人發出感歎，c++太強大了，絕對不是一朝一夕就可以領悟她的內涵的。

       首先我們要清楚，為什麼我們要重載new，和delete了？這還不是指標造成的，確實指標是一件讓人喜歡的東西，用起來如此讓人喜歡，讓人順手。然而小程式我們完全可以避免記憶體泄露問題，大程式就不那麼容易了，然而我們有一種特別好的方法可以跟蹤我們new，和delete動作，找到未被釋放的記憶體。辦法是什麼呢？微軟給我們提供了一種很好的方法，那就是重載new，和delete。

       在實現之前我們要清楚new，和delete的工作機理，這是個多麼好的學習機會啊！

       對與new操作符，其實和sizeof一樣，都是c++內建的，然而像strlen就不是了，strlen屬於函數。對於new的功能我們是沒有辦法改變的，當我們new一個對象時，new為我們做了兩件事情，一、申請一塊足夠的記憶體空間供存放對象，對於new一個數組對象，編譯器會計算出總共的空間，然後執行類似c語言中malloc函數類似的功能。二、初始化對象，對於單個對象，包括包括基本對象和類對象，可以通過括弧初始化，比如int * pn = new int(3); A * pa = new A(3);   然而對於數組不能初始化，對於類對象，必須定義無參數的建構函式。對與new的準系統我們是無法改變的。

       我們所能改變的就是如何為對象分配記憶體，我們可一重載這個函數以實現分配記憶體。通常的重載方式是：

       void * operator new (size_t size);

       然而這已經足夠了，在一般的operator new 重載函數裡，我們可以再加入其它參數，但第一個參數必須是size_t類型，即為無符號整形。正是有這種特性，為我們對記憶體申請和釋放的跟蹤提供了可能。

       具體實現就是第一個operator new 的重載函數，我們第一的這個函數是這樣的：

void * operator new(unsigned int size, const char *file, int line)
{
    cout << "new size:" << size << endl;
    cout << file << " " << line << endl;

    void * p = malloc(size);

    return p;
}

然後用宏替換所有的new：

#define new new(__FILE__, __LINE__)

       這樣我們每次調用new，比如int * pn = new int;被編譯器替換成了int * pn = new (__FILE__, __LINE__) int，從而調用我們定義的operator new，這種辦法確實很妙。需要交代的是，對於數組同樣適用，而是在編譯的是後由編譯器計算出所需要的長度調用我們定義的operator new函數。

       對於delete，我們無需使用宏定義，只要重載operator delete就可以了，然而我們需要重載兩個delete：

void operator delete(void * p)
{
    cout << "delete " << (int)p << endl;
    free(p);
}

void operator delete [] (void * p)
{
    cout << "delete [] " << (int)p << endl;
    free(p);
}

       其實後面一個函數的內容和前面的內容一樣，但為了支援數組的釋放，我們必須是要定義的。那麼我們只是簡單的free(p)編譯器咋知道我們釋放的數組，還是單個對象了，這個不用我們操心了，我們只要提供給free函數一個申請記憶體的首地址就可以了。因為在用malloc申請的時候，我們也把數組裝換為記憶體大小了。

       由此我們可以得出下面的推斷：用int * pn = new int [100];的空間，用delete pn釋放和delete [] pn釋放效果一樣。然而那麼既然這兩種方式一樣，那還要delete [] 幹什麼，其實delete [] 有另外的作用就是類對象數組的釋放，編譯器把delete []解釋為調用對象的解構函式，這個是通過迴圈實現的，最後釋放掉申請的記憶體。

       既然我們已經跟蹤了new和delete，那麼就可以比較容易的判斷申請的記憶體是否最後得到釋放，要完成它，我們還需要一個鏈表，或者其它，當我們申請一塊記憶體的時候加入到鏈表中，釋放一塊空間的時候，從鏈表中刪除和釋放記憶體首地址相同的節點就可以了，最後理想的情況是鏈表為空白，如果不為空白，那就說明記憶體發生泄露（Memory leaks）了。

完整代碼：

#include "malloc.h"
#include "iostream.h"

#ifdef _DEBUG

void * operator new(unsigned int size, const char *file, int line)
{
    cout << "new size:" << size << endl;
    cout << file << " " << line << endl;

    // 下面兩種方法可以達到同樣的效果，但下面一種比較好
    // 因為用下面一種可以保持原有的申請方式一樣
    //void * p = malloc(size);
    void * p = operator new(size);

    return p;
}

void operator delete(void * p)
{
    cout << "delete " << (int)p << endl;
    free(p);
}

void operator delete [] (void * p)
{
    cout << "delete [] " << (int)p << endl;
    free(p);
}

void operator delete(void * p, const char *file, int line)
{
    cout << "delete file line" << endl;
    free(p);
}

void operator delete [] (void * p, const char *file, int line)
{
    cout << "delete [] file line" << endl;
    free(p);
}

#define new new(__FILE__, __LINE__)
#endif

void main()
{
    int * p = new int[5];   
    delete [] p;
// delete p;
}

 

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