C++中向系统申请堆内存的方法为使用new、new[]操作符,new申请单个对象的内存,new[]申请对象数组的内存。对应的delete、delete[]操作符将new、new[]操作符申请到的内存还给系统。使用new运算符的表达式被称为new表达式,相应的,使用delete运算符的表达式被称为delete表达式。
C++默认的new表达式有3种形式。
(1).最基本也是最常见的
new type
new type(initilalizers)
new type[size]
new type[size]{braced initializer list}
(2).指定不抛异常的
new(nothrow) type
new(nothrow) type(initializers)
new(nothrow) type[size]
new(nothrow) type[size]{braced initializer list}
(3).只创建对象不分配内存的
new(place_address) type
new(place_address) type(initializers)
new(place_address) type[size]
new(place_address) type[size]{braced initializer list}
而C++默认的delete表达式只有一种形式
delete ptr
delete[] ptr
以单对象内存的分配为例:
new表达式1的工作原理如下:1.调用 void * operator new(size_t)函数分配内存 2.在第1步返回的内存上调用对象的构造函数 3.返回内存指针。
new表达式1在第1步和第2步都是可能抛出异常的。在第1步,如果系统没有足够内存可分配,void * operator new(size_t)函数会抛出 bad_alloc异常。在第2步,如果对象的构造函数抛出了异常,为了防止内存泄露,编译器会将异常捕获,然后调用 void operator delete(void *)函数回收内存,最后将异常再次抛出。
new表达式2的工作原理如下:1.调用 void *operator new(size_t ,const std::nothrow_t &)函数分配内存 2.在第1步返回的内存上调用对象的构造函数 3.返回内存指针。
new表达式2的第1步在分配不到内存的情况下不会抛出异常,而是返回空指针。在第2步,如果对象的构造函数抛出了异常,为了防止内存泄露,编译器也会将异常捕获,然后回收内存,但调用的函数是 void operator delete(void *,const std::nothrow_t &)。
new表达式3的工作原理如下:1.调用 void *operator new(size_t,void *)返回内存 2.在第1步返回的内存上调用对象的构造函数 3.返回内存指针。
new表达式3的第1步调用的 void *operator new(size_t,void *)不向系统申请内存,只是把第二个参数返回。这样,第2步对象的构造就是在用户指定的内存上进行的。第2步跟上面两个一样,也是对对象进行构造,但在构造函数抛出异常的情况下,回收内存时调用的函数为 void operator delete(void *,void *),这个函数啥都不干。
new表达式2、3又被称为定位new表达式。
delete 表达式的工作原理如下:1.调用对象的析构函数 2.调用 void operator delete(void *)回收内存。
如果是数组版本的new表达式、delete表达式,以上函数的对应版本为
void * operator new(size_t) 对应 void * operator new[](size_t)
void * operator new(size_t,const std::nothrow_t &) 对应 void * operator new[](size_t,const std::nothrow_t &)
void * operator new(size_t,void *) 对应 void * operator new[](size_t,void *)
void operator delete(void *) 对应 void operator delete[](void *)
void operator delete(void *,const std::nothrow_t &)对应 void operator delete[](void *,const std::nothrow_t &)
void operator delete(void *,void *) 对应 void operator delete[](void *,void *)
这以上12个函数都位于 标准库<new>中,除了 void *operator new(size_t,void *)这一类的四个函数外,其它8个函数都可以被用户自定义。
自定义途径有两种,第一种是在全局作用域中重新定义,第二种是在类作用域中重新定义。在namespace中定义这8个函数是错误的。如果是一般函数,第一种途径是会引发重定义错误的,但C++标准为new、delete开了后门。new、delete表达式在寻找实际应该使用哪个函数的顺序是这样的。如果是对象是类类型,则先在该类以及该类的基类的成员函数中寻找相应的函数,如果没有,则到全局作用域中去寻找。如果全局作用域中有用户自定义的版本,则使用用户自定义版本。如果没有用户自定义版本,则使用标准库的版本。
operator new系列函数与operator new[]系列函数的功能都是分配n个字节的内存,那它们没有区别吗?区别是有的。operator new分配单个对象,n不可能为0。而在C++中new type[0]是合法的,而且必须返回非空指针(但该指针不能解引用)。所以operator new[]系列函数要处理n==0的情况。而且,delete[]表达式是要对对象进行析构的,但delete[]表达式是如何知道有几个对象的?所以new[]在申请内存的时候要申请额外的内存来存储它申请的元素的个数,delete[]的时候按照规则来读就行了。