我们继续“深入探索C ++”系列。本系列文章的目的是尽可能多地告诉您该语言的各种功能，可能很特殊。本文是关于运算符重载的new/delete。这是本系列的第三篇文章，第一篇专门讨论重载函数和模板，位于此处，第二篇专门研究重载运算符，位于此处。本文总结了有关C ++重载的三篇文章。
目录
1.新/删除运算符的标准格式
C ++支持多种运算符选项new/delete。它们可以分为基本标准，附加标准和自定义。本节和第2节讨论标准格式；自定义格式将在第3节中讨论。1.1。基本标准表格
new/delete创建和删除对象以及类型的数组时使用
的运算符的主要标准格式T如下：new T()
new T[]
delete ptr;
delete[] ptr;
他们的工作可以描述如下。调用运算符时new，首先将内存分配给该对象。如果选择成功，则调用构造函数。如果构造函数引发异常，则释放分配的内存。当调用运算符时，delete一切都以相反的顺序发生：首先，调用析构函数，然后释放内存。析构函数不应引发异常。当操作员new[]用于创建对象数组时，首先为整个数组分配内存。如果选择成功，则从零开始为数组的每个元素调用默认构造函数（或另一个构造函数，如果有初始化程序）。如果任何构造函数引发异常，则对于所有创建的数组元素，以构造函数调用的相反顺序调用析构函数，然后释放分配的内存。要删除数组，必须调用operator delete[]，并且对于数组的所有元素，将以构造函数的相反顺序调用析构函数，然后释放分配的内存。注意！必须调用正确的运算符形式delete取决于是删除单个对象还是数组。必须严格遵守此规则，否则您将获得未定义的行为，即可能发生任何事情：内存泄漏，崩溃等。有关详细信息，请参见[Meyers1]。在以上描述中，需要进行澄清。对于所谓的琐碎类型（内置类型，C样式结构），可能不会调用默认构造函数，并且在任何情况下析构函数都不会执行任何操作。当无法满足请求时，标准内存分配函数将引发类型异常std::bad_alloc。但是可以捕获此异常，为此您需要使用函数调用安装全局拦截器set_new_handler()，有关更多详细信息，请参见[Meyers1]。任何形式的运算符delete安全地应用于null指针。使用运算符创建数组时，new[]大小可以设置为零。两种形式的运算符都new允许在括号中使用初始化程序。new int{42}
new int[8]{1,2,3,4}
1.2。附加标准表格
连接头文件时<new>，可以使用另外4种标准运算符形式new：new(ptr) T();
new(ptr) T[];
new(std::nothrow) T();
new(std::nothrow) T[];
其中的前两个称为new非分配放置new。参数ptr是指向足以容纳实例或数组的内存区域的指针。另外，存储区域必须具有适当的对齐方式。此版本的运算符new不分配内存；它仅提供对构造函数的调用。因此，此选项允许您将内存分配和对象初始化阶段分开。此功能已在标准容器中积极使用。delete当然，不能调用以这种方式创建的对象的运算符。要删除对象，必须直接调用析构函数，然后以一种依赖于分配内存方法的方式释放内存。后两个选项称为不抛出异常的操作符new（nothrow new），不同之处在于如果无法满足请求，它们将返回nullptr，但不会抛出类型异常std::bad_alloc。使用main运算符删除对象delete。这些选项被认为已过时，不建议使用。1.3。内存分配和自由功能
标准形式的运算符new/delete使用以下分配和解除分配功能：void* operator new(std::size_t size);
void operator delete(void* ptr);
void* operator new[](std::size_t size);
void operator delete[](void* ptr);
void* operator new(std::size_t size, void* ptr);
void* operator new[](std::size_t size, void* ptr);
void* operator new(std::size_t size, const std::nothrow_t& nth);
void* operator new[](std::size_t size, const std::nothrow_t& nth);
这些函数在全局名称空间中定义。主机语句的内存分配功能new不执行任何操作，仅返回即可ptr。C ++ 17支持内存分配和释放函数的其他形式，指示对齐。这里是其中的一些：void* operator new (std::size_t size, std::align_val_t al);
void* operator new[](std::size_t size, std::align_val_t al);
用户无法直接访问这些表格，编译器将其用于对齐要求超过的对象__STDCPP_DEFAULT_NEW_ALIGNMENT__，因此，主要问题在于用户不会意外隐藏它们（请参阅第2.2.1节）。回想一下，在C ++ 11中，可以显式设置用户类型的对齐方式。struct alignas(32) X { };
2.重载新/删除运算符的标准格式
重载标准形式的运算符new/delete包括定义用户定义的函数，这些函数用于分配和释放其签名与标准签名一致的内存。这些函数可以在全局名称空间或类中定义，但不能在全局名称空间之外定义。new不能在全局名称空间中定义标准主机语句的内存分配功能。经过这样的定义，相应的运算符new/delete将使用它们，而不是标准的运算符。2.1。全局命名空间中的重载
例如，假设在全局名称空间的模块中定义了用户定义的函数：void* operator new(std::size_t size)
{
}
void operator delete(void* ptr)
{
}
在这种情况下，实际上将替换（替换）标准函数，以便为new/delete整个模块中任何类（包括标准类）的所有操作员调用分配和释放内存。这可能导致完全混乱。注意，所描述的替换机制是仅针对这种情况实现的特殊机制，而不是某些常规的C ++机制。在这种情况下，当实现用于分配和释放内存的用户函数时，将无法调用相应的标准函数，它们被完全隐藏（操作员::无济于事），并且当您尝试调用它们时，将对用户函数进行递归调用。全局命名空间定义函数void* operator new(std::size_t size, const std::nothrow_t& nth)
{
}
它也将取代标准的，但是潜在的问题会更少，因为new很少使用不会抛出异常的运算符。但是标准形式也不可用。与数组函数相同的情况。强烈建议不要在全局名称空间中重载语句new/delete。2.2。类重载
类中的重载运算符new/delete没有上述缺点。重载仅在创建和删除相应类的实例时才有效，而与调用operator的上下文无关new/delete。使用操作员实现用户定义的函数来分配和释放内存时，::可以访问相应的标准函数。考虑一个例子。class X
{
public:
void* operator new(std::size_t size)
{
std::cout << "X new\n";
return ::operator new(size);
}
void operator delete(void* ptr)
{
std::cout << "X delete\n";
::operator delete(ptr);
}
void* operator new[](std::size_t size)
{
std::cout << "X new[]\n";
return ::operator new[](size);
}
void operator delete[](void* ptr)
{
std::cout << "X delete[]\n";
::operator delete[](ptr);
}
};
在此示例中，仅将跟踪添加到标准操作中。现在来讲new X()，new X[N]将使用这些函数来分配和释放内存。这些函数在形式上是静态的，可以声明为static。但是从本质上讲，它们是实例，通过函数调用operator new()，实例的创建开始，并且函数调用operator delete()完成其删除。这些功能从不用于其他任务。此外，如下所示，该功能operator delete()实质上是虚拟的。因此，将它们声明为不更正确static。2.2.1。访问新/删除运算符的标准格式
运算符new/delete可以与其他范围解析运算符一起使用，例如::new(p) X()。在这种情况下，operator new()将忽略类中定义的函数，并使用相应的标准。同样，您可以使用运算符delete。2.2.2。隐藏其他形式的new / delete运算符
如果现在对于该类，X我们尝试使用抛出异常或不抛出异常new，则会出现错误。事实是该函数operator new(std::size_t size)将隐藏其他形式operator new()。该问题可以通过两种方式解决。首先，您需要向类添加适当的选项（这些选项应仅委派标准函数的操作）。在第二个中，您需要将一个运算符new与一个范围解析运算符一起使用，例如::new(p) X()。2.2.3。标准容器
例如X，如果尝试将实例放置在某个标准容器中，std::vector<X>则会看到我们的函数未用于分配和释放内存。事实是，所有标准容器都有其自己的分配和释放内存的机制（特殊的分配器类，它是容器的模板参数），并且它们使用放置运算符来初始化元素new。2.2.4。遗产
继承了分配和释放内存的函数。如果这些函数是在基类中定义的，而不是在派生类中定义的，则运算符将在派生类中重载，new/delete并且在基类中定义和分配的函数将用于分配和释放内存。现在考虑一个多态类层次结构，其中每个类都会重载operator new/delete。现在，使用运算符delete通过指向基类的指针来删除派生类的实例。如果基类的析构函数是虚拟的，则标准保证将调用此派生类的析构函数。在这种情况下operator delete()，也可以保证为此派生类定义的函数调用。因此，该功能operator delete()实际上是虚拟的。2.2.5。运算符delete（）函数的替代形式
在类中（尤其是在使用继承时），有时可以方便地使用函数的另一种形式来释放内存：void operator delete(void* p, std::size_t size);
void operator delete[](void* p, std::size_t size);
该参数size设置元素的大小（甚至在数组的版本中）。这种形式使您可以使用不同的函数来分配和释放内存，具体取决于特定的派生类。3.用户操作员新建/删除
C ++可以支持new以下形式的自定义运算符形式：new() T()
new() T[]
为了支持这些格式，有必要确定适当的函数来分配和释放内存：void* operator new(std::size_t size, );
void* operator new[](std::size_t size, );
void operator delete(void* p, );
void operator delete[](void* p, );
内存分配函数的其他参数列表不应为空，并且不应由一个void*或组成const std::nothrow_t&，也就是说，其签名不应与标准参数之一相同。中的附加参数列表，operator new()并且operator delete()必须匹配。传递给运算符的new参数必须对应于内存分配函数的其他参数。自定义函数operator delete()也可以采用带有可选size参数的形式。这些函数可以在全局名称空间或类中定义，但不能在全局名称空间之外定义。如果它们是在全局名称空间中定义的，则它们不会替换，而是会使分配和释放内存的标准函数过载，因此它们的使用是可预测的且安全的，并且标准函数始终可用。如果在类中定义它们，它们将隐藏标准格式，但是可以使用运算符来访问标准格式::，这将在2.2节中详细介绍。用户定义的运算符表单new称为new用户定义的位置new。请勿将它们与new1.2节中描述的标准（非分配）放置运算符混淆。相应的运算符表单delete不存在。有new两种方法可以删除使用用户定义的运算符创建的对象。如果用户定义的函数operator new()将内存分配操作委派给标准内存分配函数，则可以使用标准运算符delete。如果不是，则必须显式调用析构函数，然后再调用用户定义的函数operator delete()。编译器operator delete()仅在以下一种情况下调用用户定义的函数：当new构造函数在用户定义的运算符的操作期间引发异常时。这是一个示例（在全球范围内）。void* operator new(std::size_t size, int a, const char* b)
{
std::cout << "new " << a << " + " << b << "\n";
return ::operator new(size);
}
void operator delete(void* p, int a, const char* b)
{
std::cout << "delete " << a << " + " << b << "\n";
::operator delete(p);
}
class X {};
X* p = new(42, "meow") X();
delete p;
4.内存分配功能的定义
在这些示例中，用户功能operator new()和operator delete()委托操作与标准功能相对应。有时，此选项很有用，但是重载的主要目的new/delete是创建一种新的机制来分配/释放内存。这项任务并不简单，在进行这项工作之前，必须仔细考虑所有事情。 Scott Meyers [Meyers1]讨论了做出此决定的可能动机（当然，主要动机是效率）。他还讨论了与正确实现用户定义的函数有关的主要技术问题，这些函数用于分配和释放内存（使用该函数set_new_handler()，多线程同步，对齐）。Guntheroth提供了一个相对简单的用户定义的内存分配和释放功能的实现示例。在创建自己的版本之前，您应该寻找现成的解决方案，例如，您可以从Boost项目中引入Pool库。5.标准容器的分配器类别
如上所述，标准容器使用特殊的分配器类来分配和释放内存。这些类是容器的模板参数，用户可以定义其类的版本。这种解决方案的动机与重载运算符大致相同new/delete。[Guntheroth]介绍了如何创建此类。参考书目
[Guntheroth]Gunteroth，Kurt。C ++中程序的优化。经验证的提高生产率的方法。来自英语-SPb。：Alpha-book LLC，2017年。[Meyers1]Meyers，Scott。有效使用C ++。55种肯定的方法来改善程序的结构和代码。来自英语 -M.：DMK出版社，2014年。