c++中的new、operator new、placement new

一、定義

1、new

new是c++中的關鍵字，，其行為總是一致的。它先調用operator new分配內存，然后調用構造函數初始化那段內存。

new 操作符的執行過程：
1. 調用operator new分配內存 ；
2. 調用構造函數在operator new返回的內存地址處生成類對象；

2、operator new

operator new是一個函數，就像重載任何一個符號如operator +，它用來分配內存（只不過new除了調用它還有其他步驟）。它可以被重載，通過重載它，可以改變new操作符的功能。它的功能介意類比c語言中的malloc，如果類中沒有重載operator new，那么調用的就是全局的::operator new來從堆中分配內存。

2、placement new

placement new 是c++中對operator new 的一個標准、全局的重載版本。它並不分配內存，只是返回指向已經分配好的某段內存的一個指針，placement new允許你在一個已經分配好的內存中（棧或者堆中）構造一個新的對象。

二、使用方法

1、new的使用

在堆上分配分配一塊內存

struct A* i0 = new A;
struct A* i1 = new A();

看new的原型：

void* operator new(std::size_t) _GLIBCXX_THROW (std::bad_alloc)
  __attribute__((__externally_visible__));
void* operator new[](std::size_t) _GLIBCXX_THROW (std::bad_alloc)
  __attribute__((__externally_visible__));
void operator delete(void*) _GLIBCXX_USE_NOEXCEPT
  __attribute__((__externally_visible__));
void operator delete[](void*) _GLIBCXX_USE_NOEXCEPT
  __attribute__((__externally_visible__));
void* operator new(std::size_t, const std::nothrow_t&) _GLIBCXX_USE_NOEXCEPT
  __attribute__((__externally_visible__));
void* operator new[](std::size_t, const std::nothrow_t&) _GLIBCXX_USE_NOEXCEPT
  __attribute__((__externally_visible__));
void operator delete(void*, const std::nothrow_t&) _GLIBCXX_USE_NOEXCEPT
  __attribute__((__externally_visible__));
void operator delete[](void*, const std::nothrow_t&) _GLIBCXX_USE_NOEXCEPT
  __attribute__((__externally_visible__));

發現它有一個參數，size_t，表示前面調用placement new分配的內存大小，new接下來會在這塊內存中調用構造函數，new的操作也是c++來保證的。

2、operator new的使用

分配8個字節的內存，因為是未重載，所以這里調用的是全局operator new，從堆上分配了8個字節

void* i = operator new (8);

如果想重載operator new需要注意以下幾點：

（1）重載時，返回類型必須聲明為void*

（2）重載時，第一個參數類型必須為表達要求分配空間的大小（字節），類型為size_t

（3）重載時，可以帶其它參數

（4）分配函數為類成員函數或全局函數;如果分配函數在全局范圍之外的名稱空間范圍中聲明，或者在全局范圍中聲明為靜態，則程序是病態的

比如下面的例子中，在A重載了operator new打印出tag，返回全局的opereator new，然后在main函數中調用A的重載版本。

struct A{
    int a;
    char b;
    void* operator new(size_t size,int tag) throw(){
        cout << tag << endl;
        return ::operator new(size);
    }
};

int main()
{
    void* i = A::operator new (8,1);
    cout << i << endl;

    return 0;
}

最終結果即分配了內存，又打印出了tag的值

如果我們重載全局的operator new函數，然后調用new，則new的操作也會被更改，比如下面的例子(這個例子的operator new只有一個參數)

struct A{
    int a;
    char b;
};

void* operator new(size_t num) throw(){
    cout << num << endl;
    return nullptr;
}

int main()
{
    A* i = new A;
    cout << i << endl;

    return 0;
}

最終的結果是

可以看出，雖然沒有直接調用operator new，但是new的操作已經被更改了。

還需要關注一個小地方，就是operator new調用時的參數和new的參數是有所區別的。new在調用的時候會忽略第一個size_t的參數，但是如果直接調用operator new來進行內存分配的時候是需要這個參數的。

也就是本節的第二個例子如果operator new的定義要像本節的第一個例子有兩個參數的話，對new的調用應該如下：

A* i = new(1) A ;

3、placement new的使用

placement new是c++實現的operator new版本，它的實現如下

// Default placement versions of operator new.
inline void* operator new(std::size_t, void* __p) _GLIBCXX_USE_NOEXCEPT
{ return __p; }
inline void* operator new[](std::size_t, void* __p) _GLIBCXX_USE_NOEXCEPT
{ return __p; }

// Default placement versions of operator delete.
inline void operator delete  (void*, void*) _GLIBCXX_USE_NOEXCEPT { }
inline void operator delete[](void*, void*) _GLIBCXX_USE_NOEXCEPT { }
//@}

可以看到實際上它就返回了傳進來的地址，根據operator的第二個例子，通過重載全局的operator new之后，new函數的操作就被改變了。也就能猜出，在調用new的時候參數需要加上一個地址，placement new的功能就是在這個地址之上進行構造。

placement new的使用步驟如下

1）分配內存

char* buff = new char[ sizeof(Foo) * N ];
memset( buff, 0, sizeof(Foo)*N );

2）構建對象

Foo* pfoo = new (buff)Foo;

3）使用對象

pfoo->print();
pfoo->set_f(1.0f);
pfoo->get_f();

4）析構對象，顯式的調用類的析構函數。

pfoo->~Foo();

5）銷毀內存

delete [] buff;

上面5個步驟是標准的placement new的使用方法。