C++ new operator, delete operator, operator new, operator delete, new placement

http://www.younfor.com/cpp-new-placement-new-operator-new.html 

http://www.cnblogs.com/luxiaoxun/archive/2012/08/10/2631812.html 

http://kelvinh.github.io/blog/2014/04/19/research-on-operator-new-and-delete/

new operator 就是C++中定义的关键字new，调用new而触发的行为，delete operator 类似

new operator，是函数，自己定义的函数分配行为

Class *pc = new Class;
// ...
delete pc;

上面代码的第一行即为 new operator ，而第三行即为 delete operator ，代码很简单，但对编译器来说，它需要做额外的工作，将上述代码翻译为近似于下面的代码：

void *p = operator new(sizeof(Class));
// 对p指向的内存调用Class的构造函数，此处无法用直观的代码展现
Class *pc = static_cast<Class*>(p);
// ...
pc->~Class();
operator delete(pc);

上面代码中，第一行即为 operator new ，而最后一行即为 operator delete ，很简单明了吧。所以， new operator 实际上做了两件事情：

1. 调用 operator new 分配内存
2. 在分配好的内存上初始化对象（调用构造函数），并返回指向该对象的指针，

而 delete operator 类似，调用析构函数，再调用 operator delete 释放内存。

让我们来看看C++标准库的实现之一——Clang的libcxx是如何实现全局的 operator new/delete 的（头文件声明在这里，实现在这里，我去掉了一些控制编译选项的看着很乱的宏定义，只留下了核心代码）：

void * operator new(std::size_t size) throw(std::bad_alloc) {
    if (size == 0)
        size = 1;
    void* p;
    while ((p = ::malloc(size)) == 0) {
        std::new_handler nh = std::get_new_handler();
        if (nh)
            nh();
        else
            throw std::bad_alloc();
    }
    return p;
}

void operator delete(void* ptr) {
    if (ptr)
        ::free(ptr);
}

这段代码再简单不过，原来，神秘的 operator new/delete 在背后也不过是在偷偷地调用C函数库的 malloc/free 嘛！当然，这跟实现有关，libcxx这样实现，不代表其它实现也是如此。

new operator/delete operator就是new和delete操作符，而operator new/operator delete是函数。

new operator
（1）调用operator new分配足够的空间，并调用相关对象的构造函数
（2）不可以被重载

operator new
（1）只分配所要求的空间，不调用相关对象的构造函数。当无法满足所要求分配的空间时，则
        ->如果有new_handler，则调用new_handler，否则
        ->如果没要求不抛出异常（以nothrow参数表达），则执行bad_alloc异常，否则
        ->返回0
（2）可以被重载
（3）重载时，返回类型必须声明为void*
（4）重载时，第一个参数类型必须为表达要求分配空间的大小（字节），类型为size_t
（5）重载时，可以带其它参数

delete 与 delete operator类似

new：             

       new运算符，c++内置运算符。不能被重载，其行为总是一致的。

       具体的操作相当于：先调用operator new分配内存，再调用构造函数初始化内存空间，再返回内存空间地址

operator new：

       new函数，可重载。要实现不同的内存分配行为，应该重载operator new，而不是new。

placement new：

       只是operator new重载的一个版本。它并不分配内存，只是返回指向已经分配好的某段内存的一个指针。

      因此在删除该对象时，只需要调用对象的析构函数，不需用delete运算符来释放空间。

 

这里的new实际上是执行如下3个过程：
          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。

operator new就像operator+一样，是可以重载的。如果类中没有重载operator new，那么调用的就是全局的::operator new来完成堆的分配。

同理，operator new[]、operator delete、operator delete[]也是可以重载的，一般你重载的其中一个，那么最后把其余的三个都重载一遍。

 

至于placement new才是本文的重点。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。