定制自己的new和delete：operator new 和 operator delete

new和delete不同用法

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基本用法

int * aptr = new int(10);
delete aptr, aptr = nullptr;

上面的代码是我们最基本也是最常见的使用new和delete的方式，当编译器运行int * aptr = new int(10); 这行代码时，其实是分为两个步骤来执行，第一步，调用operator new(size_t size) 分配内存；第二步在分配的内存上调用placement new(void * ptr) T(); “定位放置 new”，就是把对象构建在指定的ptr指向的内存上，换句话就是在指定的内存上调用构造函数。

概念区分

new operator 和 delete operator ：new 和 delete 操作符（关键字），无法重载
operator new 和 operator delete：两个函数用来服务于 new 和 delete 操作符，以及对应的 operator new [] ， operator delete [] 对应于 new [] 和 delete []相关的数组操作；这两个函数是可以被重载的，一般有全局默认的函数，自己也可以定义自己的，在定义C++类的时候也可以为某个class定制对应的 operator new 和 operator delete

全局的operator new 和 operator delete函数

全局默认operator new 函数：

void * operator new(std::size_t count) throw(std::bad_alloc); //normal new
void * operator new(std::size_t count, void *ptr)throw(); //placement new
void * operator new(std::size_t count, const std::nothrow_t&)throw();//nothrow new， 为了兼容以前的版本

我们可以根据自己的意愿来重载 不同版本的operator new 函数来覆盖掉全局的函数，对于申明的类，可以在类中申明对应的static void * operator new(size_t size); 来为该类定制自己的operator

operator new的不同重载办法

#include <iostream>
#include <new>
#include <cstring>
#include <cstdlib>
using namespace std;
/*
	首先自己定义operator new函数，来替代编译器全局默认的operator函数
*/
void * operator new(size_t size){
    cout<<"global Override operator new"<<endl;
    void * ptr = malloc(size); //自己调用malloc来分配内存
    return ptr;
    //下面这句话会引起递归的调用，重载operator new之后，::operator new就等于调用自己
    //return ::operator new(size);
}
//重载版本的operator new，该函数默认的是调用 上面的operator new函数
void * operator new(size_t size, int flag){  
    cout<<"global Override operator new: "<<flag<<endl;
    return (::operator new(size));
}
//覆盖掉全局的operator delete 函数
void operator delete (void * ptr){
    cout<<"global Override operator delete"<<endl;
    free(ptr);
    ptr = nullptr;
}
/*
	重载版本的operator delete，该函数主要的用途是在构造函数执行不成功的时候，调用与new 函数对应的 delete来释放，稍后会有对应的列子来介绍，在这个例子中该函数暂时没用
*/
void operator delete (void * ptr, int flag){
    cout<<"Override operator delete: "<<flag<<endl;
    ::operator delete(ptr);
    ptr = nullptr;
}
int main(){
    int * ptr = new int(10);
 /*
    delete ptr; 调用的就是 void operator delete(void * ptr); 而与new 匹配的delete 不是自己调用的，而是在new申请,成功却在构造函数时候出错，new operator自己根据operator new 来寻找 对应的operator delete 来调用，稍后介绍。
 */
    delete ptr;
    cout<<endl<<"*********************"<<endl<<endl;
    ptr = new(20) int(10);
    delete ptr;
    return 0;
}

上面的程序的输入如下面：

从上面的结果可以看出，new int(10);直接先调用 operator new(size_t size); 由于int没有构造函数，在那块内存上调用int的构造函数； 在delete ptr; 的时间直接调用 operator delete(void * ptr);这个函数

当new(20) int(10);的时候，则调用重载版本的 operator new(size_t size, int flag); 而该函数有调用了 operator new(size_t size); 函数，释放的时候delete ptr;还是直接只调用operator delete(void * ptr);（注：这里初步提出为啥不调用operator delete(void * ptr, int flag); 这个函数来释放ptr ？？？因为它的用途不在这，而在于下面将要讲的。

针对类定制版本的operator new 和 operator delete

#include <iostream>
#include <new>
#include <cstring>
#include <cstdlib>
using namespace std;
//下面的operator new 和 operator delete 和上面的代码一样，替代默认全局函数
void * operator new(size_t size){
    cout<<"global Override operator new"<<endl;
    void * ptr = mallo![](http://images2015.cnblogs.com/blog/1042615/201610/1042615-20161021150145638-80575599.jpg)
c(size);
    return ptr;
}
void * operator new(size_t size, int flag){ 
    cout<<"global Override operator new: "<<flag<<endl;
    return (::operator new(size));
}
void operator delete (void * ptr){
    cout<<"global Override operator delete"<<endl;
    free(ptr);
    ptr = nullptr;
}
//这次主要体现该函数的用法*********************
void operator delete (void * ptr, int flag){
    cout<<"Override operator delete: "<<flag<<endl;
    ::operator delete(ptr);
    ptr = nullptr;
}
class Base{
public:

    Base(){
        cout<<"Base construct"<<endl;
        throw 2;
    }
	/*
		类中定制的operator new会覆盖全局的函数，但可以通过简单的调用全局的函数来实现调用
	*/
    static void * operator new(size_t size){
        cout<<"operator new of Base"<<endl;
        return ::operator new(size); //调用全局的operator new
    }
    static void * operator new(size_t size, int flag){
        cout<<"Override operator new of Base: "<<flag<<endl;
        return operator new(size);
    }
    static void operator delete(void * ptr){
        cout<<"Operator delete of Base"<<endl;
        ::operator delete(ptr);
    }
    static void operator delete(void * ptr, int flag){
        cout<<"Override operator delete of Base: "<<flag<<endl;
        operator delete(ptr);
    }
    int x;
    int y ;
};
int main(){
    try{
        Base * bptr = new(20) Base;
    }
    catch(...){
        cout<<"catch a exception"<<endl;
    }
    return 0;
}

上面的函数，在Base的构造函数中，抛出一个异常（忽略什么异常，主要用来模拟），直接上运行结果图：

如上图所示的运行结果，new(20) Base首先调用类中定制的 operator new(size_t size, int flag); 然后在调用 operator new(size_t size); 在调用全局的 operator new(size_t size);申请完内存之后，在调用类的构造函数，此时会抛出异常，这个时候，由于调用的 operator new(size_t size, int flag);函数来申请内存，但构造函数失败了，此时 new - operator （new 关键字，区分operator new）会调用和 operator new 相同参数的operator delete函数来释放已经申请的内存，因此operator delete(void *ptr, int flag) ，在调用operator delete(void * ptr); 在调用全局的operator delete(void * ptr);

若是不给Base类重载 static void operator delete(void * ptr, int flag);这个函数，结果则如下图：

这个例子就说明，不定制对应的operator delete()， 则绝不会调用默认的operator delete函数来释放内存，这里就会导致内存泄露。因此在为某个class 定制 operator new函数的时候，如果重载了不同参数的operator new，应该定制对应版本的operator delete(); 这里对应版本是参数是对应的；（这里也就是 operator delete(void * ptr, int flag);的主要用途，当构造函数异常的时候，它负责清理已申请的内存）。

其他知识点

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std::new_handler

这是一个回调函数，主要用于 operator new申请内存不成功的时候调用，感觉可以类比于，信号处理函数，operator new申请不成功（接受到某个信号），调用该handler（触发信号处理函数）。最主要的用途就是通过set_new_handler()来更换不同的处理函数。

类继承中的operator new函数处理

假如我们为一个Base类，定制了自己的operator new，则Base的派生类Derived，肯定也继承了该函数，

当Derived * dptr = new Derived;的时候，肯定就调用了Base::operator new()函数，而派生类的大小一般和基类大小是不同的，因此这里需要额外注意，不能调用基类的operator new();

对于这点解决办法，1，在Derived 中重写operator new函数；2，在Base类的operator new函数中添加一句话如下图：

void * operator new(size_t size ){
  if(size != sizeof(Base))
    return ::operator new(size);
  /*其他交给Base::operator new处理*/
}

operator new[] 和 operator delete[]

这两个和operator new operator delete 用处基本一致，只是针对数组的，这里就不多讲。

额外的补充（可能有点绕口， 下面是纯个人观点，有哪里不对，请大家指出，共同学习）

void operator new(size_t size, void * ptr) noexcept; 这是C++11官方定义的placement new的格式，

该函数的主要作用是把把size大小的结构体放置在ptr指向的内存上，也就是在ptr指向的内存调用构造函数。

先说一个上面的正确的使用方法：

#include <iostream>
#include <new>
#include <cstring>
using namespace std; 
class Base{
public:
	Base():x(-1), y(-1){ cout<<"Construct of Base and my addr = : ["<<this<<"]."<<endl;  }
	static void * operator new(size_t size, void * ptr){
		cout<<"My placement new."<<endl;
		return ::operator new(size, ptr);
	}
	//Base类只占用两个int型的大小
	int x;
	int y;
};
static int arr[20]; //栈上的空间，用来分配Base
int main(){
	memset(arr, 0, sizeof(arr));
	cout<<"arr addr = ["<<arr<<"]."<<endl;
	Base * ptr = new(arr) Base();
	ptr = nullptr;
	cout<<arr[0]<<"  "<<arr[1]<<endl;
	return 0;
}

arr数组前两个变成 -1。
上面的代码，ptr没有直接delete，而是直接赋值为nullptr，为什么这么做，因为调用delete ptr; 会直接错误，ptr指向的是栈地址空间，而delete释放的是堆上的空间，因此会出错。

另一种情况：假设arr就是堆上的地址空间，此时调用delete ptr，肯定能成功，但是这里会有两种风险，一种是，delete ptr；释放一次内存，delete arr；第二次释放内存，错误；另一种，假设ptr 是占用的arr指向的内存的中间部分，你delete ptr；归还给系统，但是 arr 这个时候该怎么处理，这种情况应该是坚决杜绝的，（具体情况我没测试，原理上肯定是杜绝这种情况出现：只归还堆上连续空间的中间部分。）

上面说了那么多，其实想表达一个意思，当调用 void * operator new(size_t size, void * ptr);无论其是否成功，或者接下来的构造函数是否成功，ptr内存都不应该释放，应该交由，ptr诞生的地方来管理。因此对于该函数一般不需要申明对应的 operator delete() 来防止构造函数未成功时候来释放内存（和“声明placement new 的时候一定要声明对应的 placement delete函数这个理论有点相反”）。

要是强行为 void * operator new(size_t size, void * ptr); 声明对应的operator delete ，方式如下：

void operator delete(void * ptr, void * ptr2);代码如下：

#include <iostream>
#include <new>
#include <cstring>
using namespace std; 
class Base{
public:
	Base():x(-1), y(-1){ 
      cout<<"Construct of Base and my addr = : ["<<this<<"]."<<endl;  
      throw 2;  
    }
	static void * operator new(size_t size, void * ptr){
		cout<<"My placement new."<<endl;
		return ::operator new(size, ptr);
	}
	/*
		必须声明为 void * ptr1, void * ptr2 这种形式，声明为其他参数，和上面的 operator new不匹配
	*/
	static void operator delete(void * ptr1, void * ptr2){
		cout<<"My operator delete"<<endl;
	}
	int x;
	int y;
};
int arr[20];
int main(){
	try{
		memset(arr, 0, sizeof(arr));
		cout<<"arr addr = ["<<arr<<"]."<<endl;
		Base * ptr = new(arr) Base();
		ptr = nullptr;
		cout<<arr[0]<<"  "<<arr[1]<<endl;
	}
	catch(...){
		cout<<"catch one exception."<<endl;
	}
	return 0;
}

可以看出图中有 My operator delete 的显示，若把 operator delete参数改成其他的，则无法调用。

看到有地方把operator new(size_t size, int flag, ...);形式（也就是除了size_t 一个参数之外，还有自定义参数，也就是重载原来的operator new(size_t size); 都称为 placement new）我觉重载更直观。

对于void * operator new(size_t size, int flag, ../*自定义参数*/.. ); 与之对应的operator delete如下：

void operator delete(size_t size, int flag, ../*自定义参数*/..);

也就是有上面的为啥，operator delete(void * ptr1, void * ptr2);

上面的内容主要参考自《Effective C++》，若哪里有理解不对，请大家多指出。