new實現

前言

本篇來分析new是怎麼實現的, 使用c++進行在申請對象的時候用到new, 但是為什麼申請對象要用到new, 而不能用malloc, 而有時申請數組的用new或者malloc似乎又都可以, 這裡就來分析一下new實現.

new operator, operator new以及placement new

1. new operator用法

其實new operator我們經常在使用, 就是我們直接向堆申請一塊記憶體大小, 然後對該記憶體進行構造和析構.

  template<class T> class point
  {
      T x; T y;
  };
  point<int> *p = new point<int>[3];

這就是new operator的用法. 其實在使用它的時候, 它會做兩步事情.

1. 向堆申請一塊大小的記憶體. 

2. 對其有構造函數的執行構造函數

其實剩下的兩種用法就是將 new operator 的兩個功能分開做.

2. operator new用法

operator new申請一塊空間, 但是申請完了就什麼都不做. 這感覺就很像malloc函數啊. 對, 沒錯. 其實operator  new就是間接性的調用了 malloc函數. 我們直接來看源碼部分

 1   void* __CRTDECL operator new(size_t const size)
 2   {
 3       for (;;)
 4       {
 5           if (void* const block = malloc(size))
 6           {
 7               return block;
 8           }
 9   ​
10           if (_callnewh(size) == 0)
11           {
12               if (size == SIZE_MAX)
13               {
14                   __scrt_throw_std_bad_array_new_length();
15               }
16               else
17               {
18                   __scrt_throw_std_bad_alloc();
19               }
20           }
21       }
22   }

很清楚的可以看出來5行的確是直接的調用了malloc函數, 然後除了申請的大小判斷就沒有了, 那為什麼我們不直接用malloc函數而要用operator new???  主要是new的封裝, 可重載吧, 畢竟我們常說new不是函數, 而是操作符也是有原因的. 接下來就是最後一個了.

3. placement new用法

placement new是在已經申請的記憶體上構建對象. 這就是我們調用new的時候會調用對象的構造函數的原因. 有一點, 剛說了可以在已經申請的記憶體上構建對象, 難不成不只是堆, 連棧上也能構建對象.

這也是我們記憶體池經常用的方法, 使用placement new在已經申請的記憶體上構建對象

它的用法就很靈活了.

  int buff[10];
  int *p = new(buff) int(0);

這樣我們就在已分配空間的buff中重新構建對象了, 傳入的buff代表的是地址, 後面括弧代表的初始化的值. 這個例子也證實了我們可以在棧中分配對象, 因為buff就在棧中. 而buff[0]與p都指向的同一塊地址.

這裡就要註意, 我們用buff地址開始申請的對象, 就儘量不要用buff了, 因為buff的數據被重新的修改了, 使用buff可能就會出現奇怪的數據.

同時, buff的長度要足夠裝下對象的大小, 否則就會出現數據覆蓋的危險. 這個博主詳細的實現了這個問題 .

現在我們來驗證一下上面說的吧. 這個一個很簡單的程式, 通過gdb調試定位在new的執行, 可以看到

  template<class T>
  class point
  {
      public: 
          point()
          {
          }
      private:
          T x;
  };
  ​
  int main()
  {
      point<int> *p = new point<int>[3];
  ​
      return 0;
  }

圖片中的第二行, 對應的跳轉就是我們最後一行的要跳轉的操作符(operator new), 執行了之後在圖片中的下一個call就是調用類的構造函數. new操作符的實現是兩步就可概括為先申請了空間, 再調用構造函數.

new的重載實現

前面提了幾次關於new可以重載, 那怎麼實現重載呢? 我們不是說過new是一個運算符嗎, 就是重載運算符就行了.

  template<class T>class point
  {
  public:
      point(T i) : i(i)
      {
          cout << "point constructor" << endl;
      }
      void *operator new(size_t size, void *p, const string& str) 
      {
          cout << "operator new" << endl;
          if (!p)
          {
              cout << "new" << endl;
              return ::operator new(size);
          }
          return p;
      }
  private:
      T i;
  };
  char buf[sizeof(point<int>)];
  point<int> *pc = new (buf, "first new") point<int>(1);

以上就是簡單的new的重載. 運行時會有一個奇怪的現象, new先執行, 原因就是先要為類分配記憶體啊, 所以new比構造函數先執行.

總結

解釋了new,  同樣的, delete的實現也是跟new有很多相似的, delete事先調用析構函數, 然後再調用free函數釋放記憶體, 同樣是可以將析構和釋放記憶體分開調用, 也可以進行重載, 這裡就不細講了. 至於為什麼new的對象一定要用delete來釋放也容易想明白, 因為delete會預設調用其析構函數, 而free僅僅只是釋放空間而沒有調用析構. 如果是普通變數用new或malloc申請記憶體都是可以用delete釋放, 畢竟沒有析構的就預設什麼也不做然後釋放記憶體.

參考 : Placement new operator in C++