new实现

new实现

前言

本篇来分析new是怎么实现的, 使用c++进行在申请对象的时候用到new, 但是为什么申请对象要用到new, 而不能用malloc, 而有时申请数组的用new或者malloc似乎又都可以, 这里就来分析一下new实现.

new operator, operator new以及placement new

1. new operator用法

其实new operator我们经常在使用, 就是我们直接向堆申请一块内存大小, 然后对该内存进行构造和析构.

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

这就是new operator的用法. 其实在使用它的时候, 它会做两步事情.

1. 向堆申请一块大小的内存.
2. 对其有构造函数的执行构造函数

其实剩下的两种用法就是将 new operator 的两个功能分开做.

2. operator new用法

operator new申请一块空间, 但是申请完了就什么都不做. 这感觉就很像malloc函数啊. 对, 没错. 其实operator new就是间接性的调用了 malloc函数. 我们直接来看源码部分

void* __CRTDECL operator new(size_t const size)
{
    for (;;)
    {
        if (void* const block = malloc(size))
        {
            return block;
        }

        if (_callnewh(size) == 0)
        {
            if (size == SIZE_MAX)
            {
                __scrt_throw_std_bad_array_new_length();
            }
            else
            {
                __scrt_throw_std_bad_alloc();
            }
        }
    }
}

很清楚的可以看出来5行的确是直接的调用了malloc函数, 然后除了申请的大小判断就没有了, 那为什么我们不直接用malloc函数而要用operator new??? 主要是new的封装, 可重载吧, 毕竟我们常说new不是函数, 而是操作符也是有原因的. 接下来就是最后一个了.

3. placement new用法

placement new是在已经申请的内存上构建对象. 这就是我们调用new的时候会调用对象的构造函数的原因. 有一点, 刚说了可以在已经申请的内存上构建对象, 难不成不只是堆, 连栈上也能构建对象.

这也是我们内存池经常用的方法, 使用placement new在已经申请的内存上构建对象

它的用法就很灵活了.

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

这样我们就在已分配空间的buff中重新构建对象了, 传入的buff代表的是地址, 后面括号代表的初始化的值. 这个例子也证实了我们可以在栈中分配对象, 因为buff就在栈中. 而buff[0]与p都指向的同一块地址.

这里就要注意, 我们用buff地址开始申请的对象, 就尽量不要用buff了, 因为buff的数据被重新的修改了, 使用buff可能就会出现奇怪的数据.

同时, buff的长度要足够装下对象的大小, 否则就会出现数据覆盖的危险. 这个博主详细的实现了这个问题** .

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现在我们来验证一下上面说的吧. 这个一个很简单的程序, 通过gdb调试定位在new的执行, 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;
}

图片中的第二行, 对应的跳转就是我们最后一行的要跳转的操作符(operator new), 执行了之后在图片中的下一个call就是调用类的构造函数. new操作符的实现是两步就可概括为先申请了空间, 再调用构造函数.

new的重载实现

前面提了几次关于new可以重载, 那怎么实现重载呢? 我们不是说过new是一个运算符吗, 就是重载运算符就行了.

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);

以上就是简单的new的重载. 运行时会有一个奇怪的现象, new先执行, 原因就是先要为类分配内存啊, 所以new比构造函数先执行.

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总结

解释了new, 同样的, delete的实现也是跟new有很多相似的, delete事先调用析构函数, 然后再调用free函数释放内存, 同样是可以将析构和释放内存分开调用, 也可以进行重载, 这里就不细讲了. 至于为什么new的对象一定要用delete来释放也容易想明白, 因为delete会默认调用其析构函数, 而free仅仅只是释放空间而没有调用析构. 如果是普通变量用new或malloc申请内存都是可以用delete释放, 毕竟没有析构的就默认什么也不做然后释放内存.

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参考 : Placement new operator in C++