详解new/delete(整合)

C++中内存的动态分配与管理永远是一个让C++开发者头痛的问题，本文通过对C++中内存的动态分配释放的基本原理的介绍，让读者朋友能对C++中的内存的动态分配与释放有较为深入的理解，从而更好驾驭C++程序。

1. 函数(Function)
(1) operator new function

void * ::operator new(size_t);                    //Global
void * class-name::operator new(size_t);     //Class

上面是C++中operator new function的原型，一个是全局类型的，一个的类成员类型的。全局类型的operator new函数在下面两种情况下被调用：一种是在分配C++内建（built-in）类型的动态内存时，一种是在分配用户没有自己定义operator new成员函数的用户自定义类型的动态内存时。 如果用户在自己定义的类型中，定义了operator new函数，那么用户在用new申请该类型的动态内存时, 便会调用该类型的成员函数operator new, 而不是全局的operator new。

另外，我们注意到，上面的原型中函数的返回值为void *类型, 第一个参数为size_t类型，这个是C++编译器要求的，如果要自己重载operator new函数，返回值必须为void* 类型，第一个参数必须为size_t类型，否则，编译器会返回如下错误信息：

 error: ‘operator new’ takes type ‘size_t’ (‘unsigned int’) as first parameter 

这里需要注意的一点是，我们可以利用operator new function可以重载的特点，可以通过参数传入一些额外的信息，来调试程序，检测内存泄露等。比如，我们可以像下面这样重载，传入调用处的行号，函数名，这样就可以跟踪内存的分配使用情况：

void * operator new(size_t unSize, int nLine, const char * pFunc)
{
    prinft("Line: %d, Func: %s, allocate %u byte(s)
", nLine, pFunc, unSize);
    return malloc(unSize);
}

(2) operator delete function

void operator delete( void * );
void operator delete( void *, size_t );

上面是operator delete function的原型。operator delete function也有全局的和类成员的两种。这里需要注意，一个类只能有一个operator delete function做为其成员函数，而且必须为上面两种中的其中一种，没有其它的形式。如果一个类实现了自己的operator delete function成员函数，那么在释放该类型的内存时，编译器便会调用成员operator delete function, 而不是全局的。

上面的两种原型，第一种，在调用的时候，编译器会把要释放的内存的首地址传入，第二种，在调用的时候，编译器会把要释放的内存的首地址和大小都传入。因此，可以利用这一特性，如果我们在基类中实现第二种形式的operator delete function的成员函数，那么便可以用之来释放子类类型的内存（具体参考最后面的例子）。

2. 运算符(Operator)
(1) new operator

[::] new [placement] new-type-name [new-initializer]
[::] new [placement] ( type-name ) [new-initializer]

注：上面的'[]’表示在其中的部分是optional（可选的）
上面是new operator的原型。在C++中，动态内存的分配,通常都是调用new operator来完成的，利用new operator来分配动态内存，编译器要做下面两项工作：

• a. 调用operator new function分配内存（allocate the memory）
• b. 调用构造函数（call the constructor）来进行初始化

下面来说一说new operator的原型中各部分到底是干什么的：
placement: 如果你重载了operator new function, placement可以用来传递额外的参数
type-name: 指定要分配的内存的类型，可以是内建(built-in)类型，也可以是用户自定义类型
new-initializer: 指定对分配后内存的初始化的参数，也就的构造函数的参数 。这里需要注意一点，在分配一个对象的数组类型的内存时，不能够指定初始化参数；换言之，要想分配一个对象的数组类型的内存，该对象必须有缺省构造函数

(2) delete opeartor

[::] delete cast-expression
[::] delete [ ] cast-expression

上面是delete operator的原型，第一种用来释放普通的对象(包括内建类型）类型的内存，第二种用来释放对象的数组类型的内存。在C++中，用new operator分配的动态内存，必须调用delete operator来释放，通常用delete operator释放内存编译器要做下面两项工作：

• a. 调用对象析构函数来析构对象
• b. 调用operator delete function来释放内存(deallocate the memory)

3. 关于new/delete使用过程中一些需要注意的点
(1)如何区别operator new/delete function 与 new/delete operator ?
通过上面的讲述，不难看出，我们分配/释放动态内存，调用的是new/delete operator, 而在调用new/delete的过程中，编译器会自动调用operator new/delete function来完成实际的内存分配/释放的工作

(2) 用delete operator去释放一块不是由new operator释放的内存，结果是不可预料的，因此，切记，operator new与operator delete一定要配对使用，这是写好程序的基础

(3) new operator调用失败会抛出std::bad_alloc异常，前提是你没有自己重载对应的operator new function；delete operator失败，常见的原因是多次delete同一块内存

(4) 如果一块内存被delete后，再对它解引用(Dereference)，结果也是不可预测的，很可能导致程序崩溃

(5) delete一个空(NULL)指针是安全的，没有任何害处的

(6) 类成员类型的operator new/delete函数必须为静态(static)函数，因此它们不能为虚函数(virtual function)，也遵守public, protected, private的访问权限控制

4. 关于上面所讲的内容的一些例子：

#include <cstdio>
#include <cstdlib>

void * operator new(size_t unSize)
{
    printf("operator new called
");
    return malloc(unSize);
}
void * operator new[](size_t unSize)
{
    printf("operator [] called
");
    return malloc(unSize);
}

void * operator new(size_t unSize, int nLine, const char * pFunc)
{
    printf("operator new called, line: %d, func: %s
",
        nLine, pFunc);
    return malloc(unSize);
}
//注意：c++14才支持全局delete或delete【】有多个参数，参看参考资料2.下面两个delete不会覆盖全局的。
void operator delete(void * pMem,size_t unSize)
{
     printf("delete1: %u
", unSize);
    free(pMem);
}
void operator delete[](void * pMem, size_t unSize)
{
          printf("delete[]: %u
", unSize);
          free(pMem);
 }

class A
{
public:
    
    A(int a = 0) :
      _a(a)
      {   
          printf("constructor called
");
      }  
     virtual ~A()
      {
          printf("~A()
");
      }
      void * operator new(size_t unSize)
      {
          printf(" calledA
");
          return malloc(unSize);
          
      }
     //注意：但是支持自定义类型操作符new或delete重载支持size_t参数。即要删除对象的大小delete,要删除对象数组大小delete[].。
      void operator delete(void * pMem, size_t unSize)
      {
          printf("delete2: %u
", unSize);
          free(pMem);
      }
      void operator delete[](void * pMem, size_t unSize)
      {
          printf("delete[]: %u
", unSize);
          free(pMem);
      }
      
private:
    
    int _a;
};

class B: public A
{
public:
    //隐式的为静态函数。
    void * operator new(size_t unSize, int nLine, const char * pFunc)
    {
        printf("operator new called, line: %d, fileB: %s
",
            nLine, pFunc);
        printf("operator new: %u
", unSize);
        //_b=0;
        return malloc(unSize);
    }
    
    ~B()
    {
        printf("~B()
");
    }
    
    int _b;
    
    int _bb;
};

int main()
{
    A * pA = new A(10);
    printf("#######
");
    
    A * pB = new (__LINE__, __FILE__) B();
    printf("#######
");
    
    A * szA = new A[10];
    B *szB = new B[10];
    printf("#######
");
    
    delete pA; 
    printf("#######
");
    
    delete pB; 
    printf("#######
");
    
    delete [] szA;
    printf("#######
");
    
    delete [] szB;
    printf("#######
");

//下面两个不是自定义类，没有类重载new.delete故只能调用全局的，本程序全局不支持size_t参数，故只能调用标准C++中的全局operate delete.故不会打印信息。
    char * pC = new char[10];
    delete [] pC; 

    char *pu = NULL;
    delete pu;
}

clang运行结果如下：
 
calledA
constructor called
#######
operator new called,
operator new: 16
constructor called
#######
operator [] called
constructor called
constructor called
constructor called
constructor called
constructor called
constructor called
constructor called
constructor called
constructor called
constructor called
operator [] called
constructor called
constructor called
constructor called
constructor called
constructor called
constructor called
constructor called
constructor called
constructor called
constructor called
#######
~A()
delete2: 8
#######
~B()
~A()
delete2: 16
#######
~A()
~A()
~A()
~A()
~A()
~A()
~A()
~A()
~A()
~A()
delete[]: 84//注意84=4+8*10，数组分配的堆空间，第一个int空间放数组个数，接下来顺序放对象
#######
~B()
~A()
~B()
~A()
~B()
~A()
~B()
~A()
~B()
~A()
~B()
~A()
~B()
~A()
~B()
~A()
~B()
~A()
~B()
~A()
delete[]: 164
  #######
operator [] called //调用覆盖的全局函数operate new [],打印信息。
                    //delete[]调用全局的。

new与delete(new[]与delete[])的调用顺序：类中的重载，本文件中的重载，c++源码的原始操作符函数。