淺談C++中各種不同意義的new和delete的使用
前言
有時(shí)候我們覺(jué)得，C++術(shù)語(yǔ)仿佛是要故意讓人難以理解似的。這里就有一個(gè)例子：請(qǐng)說(shuō)明new operator 和 operator new 之間的差異。
上面這段話(huà)出自《More Effective C++》中的條款8。有興趣的讀者可以閱讀這本書(shū)?，F(xiàn)在就讓我們揭開(kāi)這神秘的面紗吧。
new 到底做了什么
new是C++的一個(gè)關(guān)鍵字、操作符。
當(dāng)我們執(zhí)行Test* pt = new Test();這句代碼時(shí)，實(shí)際上干了三件事情：
- 分配內(nèi)存
- 調(diào)用Constructor函數(shù)
- 返回分配好的指針
為什么這么說(shuō)呢？口說(shuō)無(wú)憑眼見(jiàn)為實(shí)，請(qǐng)接著往下看。
通過(guò)VS2022查看匯編代碼進(jìn)行驗(yàn)證
首先我們需要寫(xiě)一個(gè)空類(lèi)，然后在main中new出這個(gè)類(lèi)。代碼可參考如下：
class A
{
public:
A()
{
}
~A()
{
}
};
int main()
{
A* p = new A();
delete p;
p = nullptr;
return 0;
}
第一步：在創(chuàng)建這一行添加斷點(diǎn)（可左擊該行行首或者在該行按F9即可）。
第二步：開(kāi)始調(diào)試到當(dāng)前斷點(diǎn)處（可按F5）。
第三步：在上方功能欄中點(diǎn)擊【Debug】->【W(wǎng)indows】->【Disassembly】。中文對(duì)應(yīng)的是【調(diào)試】->【窗口】->【反匯編】。詳細(xì)請(qǐng)看下圖。
操作完上面三步之后我們就到了匯編代碼。由于重點(diǎn)不是研究匯編語(yǔ)言，所以這里我就僅對(duì)上面那三步進(jìn)行標(biāo)記。驗(yàn)證一下上面的一個(gè)猜想。
那么這里我們用到的new操作符，也就是new operator，在《C++ Primer》書(shū)中也被稱(chēng)為new expression。
operator new
功能：只負(fù)責(zé)內(nèi)存分配
operator new默認(rèn)情況下調(diào)用分配內(nèi)存的代碼，去嘗試在堆區(qū)獲取一段空間，如果成功就返回，如果失敗，則調(diào)用new_hander。有關(guān)new_hander我之前寫(xiě)了一篇：new_hander文章鏈接
重載類(lèi)內(nèi)operator new
下面對(duì)operator new重載，進(jìn)行測(cè)試；
class A
{
public:
A()
{
std::cout << "Call A Constructor!" << std::endl;
}
~A()
{
std::cout << "Call A Destructor!" << std::endl;
}
void* operator new(size_t size)
{
std::cout << "Call operator new" << "\t size = " << size << std::endl;
return ::operator new(size); // 通過(guò)::operator new調(diào)用了全局的new
}
};
int main()
{
A* pt = new A();
delete pt;
pt = nullptr;
return 0;
}
運(yùn)行結(jié)果：
可以看到先打印類(lèi)內(nèi)的operator new再調(diào)用constructor函數(shù)最后調(diào)用destructor函數(shù)。
重載全局 ::operator new
若要重載全局的::operator new時(shí)，最后就不能return 自身了需要寫(xiě)成malloc(size)。對(duì)應(yīng)的delete也有delete operator 和 operator delete倆種，operator delete也是可以重載的。所以一般來(lái)說(shuō)重載了operator new 就需要重載對(duì)應(yīng)的operator delete了。
具體請(qǐng)看下面的代碼：
新增一個(gè)全局的operator new函數(shù)
void* operator new(size_t size)
{
std::cout << "Call global operator new" << "\t" << size << std::endl;
return malloc(size);
}
運(yùn)行結(jié)果：
直接調(diào)用operator new
該函數(shù)我們可以進(jìn)行重載，但是第一參數(shù)的類(lèi)型必須是size_t。而且我們還可以單獨(dú)調(diào)用operator new。將返回一個(gè)void類(lèi)型的指針。
在原有代碼基礎(chǔ)上，增加一個(gè)成員函數(shù)用于輸出日志。
class A
{
public:
A()
{
std::cout << "Call A Constructor!" << std::endl;
}
~A()
{
std::cout << "Call A Destructor!" << std::endl;
}
void* operator new(size_t size)
{
std::cout << "Call operator new" << "\t size = " << size << std::endl;
return ::operator new(size); // 通過(guò)::operator new調(diào)用了全局的new
}
void print()
{
std::cout << "ha ha !" << std::endl;
}
};
void* operator new(size_t size)
{
std::cout << "Call global operator new" << "\t size = " << size << std::endl;
return malloc(size);
}
int main()
{
void* rawMemory = operator new(sizeof(A));
A* pa = static_cast<A*>(rawMemory);
pa->print();
delete pa;
pa = nullptr;
return 0;
}
運(yùn)行結(jié)果：
可以看到只打印了全局的operator new函數(shù)已經(jīng)析構(gòu)函數(shù)。
Placement new
頭文件：#include <new> 或者#include <new.h>
可以直接調(diào)用constructor函數(shù)，是operator new的一個(gè)特殊版本，也被稱(chēng)為placement new函數(shù)。
需要實(shí)現(xiàn)一個(gè)void* operator new(size_t, void* location)的重載版本。不需要申請(qǐng)內(nèi)存只需要返回當(dāng)前對(duì)象即可。
調(diào)用的語(yǔ)法：new(ObjectName) ClassName(構(gòu)造函數(shù)的參數(shù))
class A
{
public:
A()
{
std::cout << "Call A Constructor!" << std::endl;
}
~A()
{
std::cout << "Call A Destructor!" << std::endl;
}
void* operator new(size_t size)
{
std::cout << "Call operator new" << "\t size = " << size << std::endl;
return ::operator new(size); // 通過(guò)::operator new調(diào)用了全局的new
}
void* operator new(size_t size, void* location)
{
std::cout << "Call operator new(size_t size, void* location)" << std::endl;
return location;
}
void print()
{
std::cout << "ha ha !" << std::endl;
}
};
int main()
{
void* rawMemory = operator new(sizeof(A));
A* pa = static_cast<A*>(rawMemory); // 創(chuàng)建內(nèi)存
new(pa) A(); // 調(diào)用構(gòu)造函數(shù)
pa->print();
delete pa;
pa = nullptr;
return 0;
}
運(yùn)行結(jié)果：
這里的operator new的目的是要為對(duì)象找內(nèi)存，然后返回一個(gè)指針指向它。在placement new的情況下，調(diào)用者已經(jīng)知道指向內(nèi)存的指針了，所以placement new唯一需要做的就是將已獲得指針進(jìn)行返回。雖然說(shuō)size_t參數(shù)沒(méi)有用到但是必須要加，之所以不給形參名是因?yàn)榉乐咕幾g器抱怨“某某變量未被使用”。
刪除與內(nèi)存釋放
為了避免內(nèi)存泄漏，每一個(gè)動(dòng)態(tài)分配都必須匹配一個(gè)釋放動(dòng)作。
內(nèi)存釋放的動(dòng)作是由operator delete執(zhí)行，函數(shù)原型：void operator delete(void* object);
當(dāng)我們寫(xiě)了這句代碼時(shí)delete pa;實(shí)際上執(zhí)行了倆件事。
1、調(diào)用destructor函數(shù)
2、釋放對(duì)象所占的內(nèi)存資源
轉(zhuǎn)換成代碼就相當(dāng)于：
pa->~A(); operator delete(pa);
使用operator new創(chuàng)建對(duì)象該如何釋放
當(dāng)我們?cè)趧?chuàng)建對(duì)象時(shí)，沒(méi)有調(diào)用constructor函數(shù)，那么釋放內(nèi)存時(shí)也不需要調(diào)用destructor函數(shù)。只需要operator delete(pa);。
int main()
{
void* rawMemory = operator new(sizeof(A));
. ...其他代碼
operator delete(rawMemory);
return 0;
}
上面這段代碼其實(shí)就等價(jià)于C語(yǔ)言里面調(diào)用malloc和free函數(shù)。
使用placement new創(chuàng)建對(duì)象時(shí)該如何釋放
如果使用placement new在內(nèi)存中產(chǎn)生對(duì)象，我們不能使用delete operator，因?yàn)闀?huì)調(diào)用operator delete函數(shù)來(lái)釋放內(nèi)存。首先該內(nèi)存并不是由該對(duì)象的operator new函數(shù)分配而來(lái)。它僅僅做了一個(gè)返回而已，所以這種情況下只需要調(diào)用destructor函數(shù)即可。
int main()
{
void* rawMemory = operator new(sizeof(A));
A* pa = static_cast<A*>(rawMemory); // 創(chuàng)建內(nèi)存
new(pa)A(); // 調(diào)用構(gòu)造函數(shù)
pa->~A();
pa = nullptr;
operator delete(rawMemory);
return 0;
}
在上面這段代碼中，pa對(duì)象就是使用placement new，所以最后只需要調(diào)用destructor函數(shù)。
針對(duì)數(shù)組的創(chuàng)建和釋放
當(dāng)我們使用A* pa = new A[10];這段代碼時(shí)，分配內(nèi)存的方式將會(huì)發(fā)生變化。
1、由operator new 改為 operator new[]，也被叫為array new。同樣array new也可以被重載，
2、array new必須調(diào)用數(shù)組中的每個(gè)對(duì)象的constructor函數(shù)。上面那個(gè)例子就會(huì)調(diào)用10個(gè)A的無(wú)參構(gòu)造函數(shù)。
3、array new在釋放內(nèi)存時(shí)。上面那個(gè)例子就會(huì)調(diào)用10個(gè)A的destructor函數(shù)。
4、該類(lèi)必須有無(wú)參構(gòu)造函數(shù)。
所以我們同樣也可以修改operator new[]所調(diào)用的 new operator函數(shù)，以及delete[] operator。
系統(tǒng)維護(hù)開(kāi)銷(xiāo)
在面對(duì)數(shù)組時(shí)，new 會(huì)額外分配空間來(lái)存儲(chǔ)new的長(zhǎng)度（一般為一個(gè)指針大小，32位平臺(tái)下4字節(jié)，64位平臺(tái)下8字節(jié)）。這個(gè)叫系統(tǒng)維護(hù)開(kāi)銷(xiāo)。
下面是測(cè)試代碼，類(lèi)A是個(gè)空類(lèi)只占一個(gè)字節(jié)，正常來(lái)說(shuō)應(yīng)該申請(qǐng)10個(gè)字節(jié)的內(nèi)存。
int main()
{
A* pa = new A[10];
delete[] pa;
return 0;
}
32位環(huán)境下：
64位環(huán)境下：
可以看到對(duì)申請(qǐng)了一個(gè)指針的內(nèi)存用來(lái)存放申請(qǐng)對(duì)象的個(gè)數(shù)。
總結(jié)
下面針對(duì)new的三種使用方式做了一個(gè)使用場(chǎng)景總結(jié)，切記操作對(duì)應(yīng)的new 時(shí)還需要對(duì)應(yīng)的delete。
1、需要將對(duì)象創(chuàng)建在堆區(qū)，那么就使用 new operator 也就是new操作符。它會(huì)幫你分配內(nèi)存并調(diào)用constructor函數(shù)。
2、僅需要分配內(nèi)存，那么就使用operator new，這樣就不會(huì)調(diào)用constructor函數(shù)。
3、需要在堆區(qū)創(chuàng)建對(duì)象時(shí)自定義內(nèi)存分配方式，那么就需要重寫(xiě)operator new函數(shù)然后使用new operator即可。
4、需要在已分配的內(nèi)存中調(diào)用構(gòu)造函數(shù)，那么就使用placement new。
到此這篇關(guān)于淺談C++中各種不同意義的new和delete的使用的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++ new和delete 內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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