浅析C++ new的三种面貌

2023-07-18 02:19:03 188

1.new的三种面貌

C++中使用new运算符产生一个存在于Heap（堆）上对象时，实际上调用了operatornew()函数和placementnew()函数。在使用new创建堆对象时，我们要清楚认清楚new的三种面貌，分别是：newoperator、operatornew()和placementnew()。

1.1newoperator

newoperator是C++保留的关键字，我们无法改变其含义，但我们可以改变new完成它功能时调用的两个函数，operatornew()和placementnew()。也就是说我们在使用运算符new时，其最终是通过调用operatornew()和placementnew()来完成堆对象的创建工作。使用newoperator时，其完成的工作有如下三步：

因此，当我们经常按照如下方式使用newoperator时：

string*sp=newstring(“helloworld”);

实际上等价于：

//第一步：申请原始空间，行为类似于malloc
void*raw=operatornew(strlen(“helloworld”));
//第二步：通过placementnew调用string类的构造函数，初始化申请空间
new(raw)string(“helloworld”);
//第三部：返回对象指针
string*sp=static_cast(raw);

1.2operatornew()

operatornew()用于申请Heap空间，功能类似于C语言的库函数malloc()，尝试从堆上获取一段内存空间，如果成功则直接返回，如果失败则转而去调用一个newhandler，然后抛出一个bad_alloc异常。operatornew()的函数原型一般为

void*operatornew(std::size_tsize)throw(std::bad_alloc);

具体实现如下：

void*__CRTDECLoperatornew(size_tsize)throw(std::bad_alloc)
{
//trytoallocatesizebytes
void*p;
while((p=malloc(size))==0)//申请空间
if(_callnewh(size)==0)//若申请失败则调用处理函数
{
//reportnomemory
staticconststd::bad_allocnomem;
_RAISE(nomem);//#define_RAISE(x)::std::_Throw(x)抛出nomem的异常
}
return(p);
}

注意：

（1）函数后添加throw表示可能会抛出throw后括号内的异常；
（2）operatornew()分为全局和类成员。当为类成员函数时，使用new产生类对象时调用的则是其成员函数operatornew()。如果要重载全局的operatornew会改变所有默认的operatornew的方式，所以必须要注意。正如new与delete相互对应，operatornew与operatordelete也是一一对应，如果重载了operatornew，那么理应重载operatordelete。

placementnew()：

一般来说，使用new申请空间时，是从系统的堆中分配空间，申请所得空间的位置根据当时内存实际使用情况决定。但是，在某些特殊情况下，可能需要在程序员指定的特定内存创建对象，这就是所谓的“定位放置new”（placementnew）操作。placementnew()是一个特殊的operatornew()，因为其是operatornew()函数的重载版本，只是取了个别名叫作placementnew罢了。作用是在已经获得的堆空间上调用类构造函数来初始化对象，也就是定位构造对象。通常情况下，构造函数是由编译器自动调用的，但是不排除程序员手动调用的可能性，比如对一块未初始化的内存进行处理，获得想要的对象，这是需要求助于placementnew()。placementnew()是C++标准库的一部分，被申明在头文件中，其函数原型是：

void*operatornew(std::size_t,void*__p);

具体实现如下：

void*operatornew(std::size_t,void*__p)throw()
{
return__p;
}

注意：

（1）placementnew()的函数原型不是void*placementnew(std::size_t,void*__p);
（2）placementnew只是operatornew()的一个重载，多了一个已经申请好的空间，由void*__p指定；
（3）用法是new(addr)constructor()，对addr指定的内存空间调用构造函数进行初始化。为何称为placementnew，从其用法可以看出只是用于调用构造函数。

定位放置new操作的语法形式不同于普通的new操作。例如，一般都用如下语句A*p=newA;申请空间，而定位放置new操作则使用如下语句A*p=new(ptr)A;申请空间，其中ptr就是程序员指定的内存首地址。考察如下程序。

#include
usingnamespacestd;

classA{
intnum;
public:
A(){
cout<<"A'sconstructor"<show();
p->~A();
getchar();
}

程序运行结果：

0024F924
A'sconstructor
0024F924
num:65
~A

阅读以上程序，注意以下几点。

（1）用定位放置new操作，既可以在栈(stack)上生成对象，也可以在堆（heap）上生成对象。如本例就是在栈上生成一个对象。

（2）使用语句A*p=new(mem)A;定位生成对象时，指针p和数组名mem指向同一片存储区。所以，与其说定位放置new操作是申请空间，还不如说是利用已经请好的空间，真正的申请空间的工作是在此之前完成的。

（3）使用语句A*p=new(mem)A;定位生成对象是，会自动调用类A的构造函数，但是由于对象的空间不会自动释放（对象实际上是借用别人的空间），所以必须显示的调用类的析构函数，如本例中的p->~A()。

（4）万不得已才使用placementnew，只有当你真的在意对象在内存中的特定位置时才使用它。例如，你的硬件有一个内存映像的I/O记时器设备，并且你想放置一个Clock对象在哪那个位置。

总结：

（1）若想在堆上建立一个对象，应该用new操作符。它既分配内存又调用其构造函数进行初始化。
（2）若仅仅想分配内存，应该调用operatornew(),他不会调用构造函数。若想定制自己在堆对象被建立时的内存分配过程，应该重写自己的operatornew()。
（3）若想在一块已经获得的内存空间上建立一个对象，应该用placementnew。虽然在实际开发过程中，很少需要重写operatornew()，使用内置的operatornew()即可完成大部分程序所需的功能。但知道这些，有助于一个C++程序猿对C++内存的管理有个清楚的认识。

2.了解delete和operatordelete()

为了避免内存泄漏，每个动态内存分配必须与一个等同相反的deallocation对应。数operatordelete与delete操作符的关系与operatornew与new操作符是一样的。delete用于使用使用new申请的空间，operatordelete用于释放operatornew申请的空间（类似于malloc与free），那谁来清理placementnew初始化的内存内容呢？唯一办法就是调用对象的析构函数。

示例代码：

string*sp=newstring(“helloworld”);
deletesp;

第一行代码在上文已经剖析，那么当调用deletesp时，发生了什么?

deletesp等价于：

ps->~string();//用于清理内存内容，对应placementnew
operatordelete(ps);//释放内存空间，对应于operatornew()

其中operatordelete()的函数原型为：

voidoperatordelete(void*memoryToBeDeallocated);

以上就是浅析C++new的三种面貌的详细内容，更多关于C++new的资料请关注毛票票其它相关文章！

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