C++ new、delete

C++中向系统申请堆内存的方法为使用new、new[]操作符，new申请单个对象的内存，new[]申请对象数组的内存。对应的delete、delete[]操作符将new、new[]操作符申请到的内存还给系统。使用new运算符的表达式被称为new表达式，相应的，使用delete运算符的表达式被称为delete表达式。

C++默认的new表达式有3种形式。

(1).最基本也是最常见的,完成内存空间申请并调用构造函数

new type

new type(initilalizers)

new type[size]

new type[size]{braced initializer list}

(2).指定不抛异常的，完成内存空间申请并调用构造函数

new(nothrow) type

new(nothrow) type(initializers)

new(nothrow) type[size]

new(nothrow) type[size]{braced initializer list}

(3).只创建对象不分配内存的

new(place_address) type

new(place_address) type(initializers)

new(place_address) type[size]

new(place_address) type[size]{braced initializer list}

而C++默认的delete表达式只有一种形式

delete   ptr

delete[] ptr

以单对象内存的分配为例：

new表达式1的工作原理如下：1.调用 void * operator new(size_t)函数分配内存 2.在第1步返回的内存上调用对象的构造函数 3.返回内存指针。

new表达式1在第1步和第2步都是可能抛出异常的。在第1步，如果系统没有足够内存可分配，void * operator new(size_t)函数会抛出 bad_alloc异常。在第2步，如果对象的构造函数抛出了异常，为了防止内存泄露，编译器会将异常捕获，然后调用 void operator delete(void *)noexcept函数回收内存，最后将异常再次抛出。

new表达式2的工作原理如下：1.调用 void *operator new(size_t ,const std::nothrow_t &)noexcept函数分配内存 2.在第1步返回的内存上调用对象的构造函数 3.返回内存指针。

new表达式2的第1步在分配不到内存的情况下不会抛出异常，而是返回空指针。在第2步，如果对象的构造函数抛出了异常，为了防止内存泄露，编译器也会将异常捕获，然后回收内存，但调用的函数是 void operator delete(void *,const std::nothrow_t &)noexcept。

new表达式3的工作原理如下：1.调用 void *operator new(size_t,void *)noexcept返回内存 2.在第1步返回的内存上调用对象的构造函数 3.返回内存指针。

new表达式3的第1步调用的 void *operator new(size_t,void *)noexcept不向系统申请内存，只是把第二个参数返回。这样，第2步对象的构造就是在用户指定的内存上进行的。第2步跟上面两个一样，也是对对象进行构造，但在构造函数抛出异常的情况下，回收内存时调用的函数为 void operator delete(void *,void *)noexcept，这个函数啥都不干。

new表达式2、3又被称为定位new表达式。

delete 表达式的工作原理如下：1.调用对象的析构函数 2.调用 void operator delete(void *)回收内存。

如果是数组版本的new表达式、delete表达式，以上函数的对应版本为

void * operator new(size_t) 对应 void * operator new[](size_t)

void * operator new(size_t,const std::nothrow_t &)noexcept 对应 void * operator new[](size_t,const std::nothrow_t &)noexcept

void * operator new(size_t,void *)noexcept 对应 void * operator new[](size_t,void *)noexcept

void operator delete(void *)noexcept 对应 void operator delete[](void *)noexcept

void operator delete(void *,const std::nothrow_t &)noexcept对应 void operator delete[](void *,const std::nothrow_t &)noexcept

void operator delete(void *,void *)noexcept 对应 void operator delete[](void *,void *)noexcept

这以上12个函数都位于 标准库<new>中，除了 void *operator new(size_t,void *)这一类的四个函数外，其它8个函数都可以被用户重定义。

重定义途径有两种，第一种是在全局作用域中重新定义，第二种是在类作用域中重新定义。在namespace中定义这8个函数是错误的。如果是一般函数，第一种途径是会引发重定义错误的，但C++标准为new、delete开了后门。new、delete表达式在寻找实际应该使用哪个函数的顺序是这样的：如果是对象是类类型，则先在该类以及该类的基类的成员函数中寻找相应的函数，如果没有，则到全局作用域中去寻找。如果全局作用域中有用户自定义的版本，则使用用户自定义版本。如果没有用户自定义版本，则使用标准库的版本。

如果在类作用域中重载这8个函数，则它们是static的，即使没有用static来声明。

operator new系列函数与operator new[]系列函数的功能都是分配n个字节的内存，那它们没有区别吗？没有区别。所以标准库中operator new[]是直接调用的operator new来工作的，要自定义分配内存函数时只用自定义operator new就可以了。虽然new表达式与new[]表达式是有区别的。new表达式分配单个对象，n不可能为0。而在C++中new type[0]是合法的，而且必须返回非空指针(但该指针不能解引用)。所以new[]表达式要处理n==0的情况。而且，delete[]表达式是要对对象进行析构的，但delete[]表达式是如何知道有几个对象的？所以new[]在申请内存的时候要申请额外的内存来存储它申请的元素的个数，delete[]的时候按照规则来读就行了。这两点区别被编译器解决了，对用户是透明的。operator new、operator new[]只申请内存就可以。

另外，标准库中有 new_handler set_new_handler(new_handler new_p)noexcept 函数，可用于指定标准库的operator new 、operator new[]函数在申请不到内存的情况下的行为。对抛异常版本与不抛异常版本都有效。因为new_handler会被循环调用直到申请到内存或者new_handler抛异常。为了不让程序在极端情况下一直死循环下去，new_handler必须抛异常或exit退出程序来结束循环，但抛异常会导致 new(nothrow)也抛异常，破坏new(nothrow)不抛异常的约定。所以如果自定义new_handler，退出循环只有调用exit一条路可走了？

new_handler对用户自定义的版本无效。

get_new_handler可用于获取用户自定义的new_handler，如果用户无自定义，返回nullptr。

知道了以上的知识点能做什么呢？

1.自定义operator new函数，控制内存分配行为。

2.分离堆内存分配与对象创建，提高程序效率。

关于这第二点，C++标准库还提供了其它设施来实现同样的目的：

1.template <class T> class allocator;

point allocate(size_t) 分配内存

void deallocate(point,size_t) 回收内存

template <class U,class... Args> void construct(U* p,Args&&... args) 创建对象

template<class U> void destroy(U* p) 销毁对象

　　allocator 分配内存实际上调用的是::operator new，所以如果用户在全局作用域自定义了operator new，也会影响allocator。

2.template <class T>   pair<T *,ptrdiff_t> get_temporary_buffer(ptrdiff_t n) noexcept

该函数试图分配 够存储n个元素的空间，但有可能最后分配的小于n。

该函数语义上被限制于只分配临时空间，即当局部变量使用。该函数的实现上应该是从栈上（或编译器自已维护的一段内存）分配空间，而不是从堆上。所以自定义operator new对其无影响。因为是从栈上分配空间，所以其能分配的空间比较小，但会比 ::operator new快。

template <class T> void return_temporary_buffer(T *p);用于归还 get_temporary_buffer分配的内存。注意它并不销毁对象，需要用户自己销毁。

标准库 allocator 与new、delete的区别

　　new 与 new[]是不同的，上面已经说明过（new[]需要管理对象个数）.

　　allocator则只有一种形式，不区分分配单个对象还是多个对象，但对象个数由用户来管理，以便正确destroy.