C++new和delete实现原理

new 与delete是C++预定的操作符，它们一般需要配套使用。new用于从堆内存申请一块空间，一般动态用于动态申请内存空间，即根据程序需要，申请一定长度的空间，而delete则是将new申请的空间释放。

new 有以下的三种格式申请内存空间

new 数据类型

new 数据类型（初始值）

new 数据类型[常量表达式]

如

int * p1=new int;

int *p2=new int(2); //*p2初始化值是2

int *p3=new int[1000] //申请1000个单位内存空间

new

new操作针对数据类型的处理，分为两种情况：

1，简单数据类型（包括基本数据类型和不需要构造函数的类型）

代码实例：

int* p = new int;

汇编码如下：

        int* p = new int;  
    00E54C44  push        4    
    00E54C46  call        operator new (0E51384h)    
    00E54C4B  add         esp,4

分析：传入4byte的参数后调用operator new。其源码如下：

    void *__CRTDECL operator new(size_t size) _THROW1(_STD bad_alloc)  
            {       // try to allocate size bytes  
            void *p;  
            while ((p = malloc(size)) == 0)  
                    if (_callnewh(size) == 0)  
                    {       // report no memory  
                            _THROW_NCEE(_XSTD bad_alloc, );  
                    }  
      
            return (p);  
            }

分析：调用malloc失败后会调用_callnewh。如果_callnewh返回0则抛出bac_alloc异常，返回非零则继续分配内存。

这个_callnewh是什么呢？它是一个new handler，通俗来讲就是new失败的时候调用的回调函数。可以通过_set_new_handler来设置。下面举个实例：

    #include <stdio.h>  
    #include <new.h>  
    int MyNewHandler(size_t size)  
    {  
        printf("Allocation failed.Try again");  
        return 1;       //continue to allocate  
        //return 0;     //stop allocating,throw bad_alloc  
    }  
    void main()  
    {  
        // Set the failure handler for new to be MyNewHandler.  
        _set_new_handler(MyNewHandler);  
      
        while (1)  
        {  
            int* p = new int[10000000];  
        }  
    }

在new基本数据类型的时候还可以指定初始化值，比如：

int* p = new int(4);

总结：

简单类型直接调用operator new分配内存；
可以通过new_handler来处理new失败的情况；
new分配失败的时候不像malloc那样返回NULL，它直接抛出异常。要判断是否分配成功应该用异常捕获的机制；

2，复杂数据类型（需要由构造函数初始化对象）

代码实例：

    class Object  
    {  
    public:  
        Object()  
        {  
            _val = 1;  
        }  
      
        ~Object()  
        {  
        }  
    private:  
        int _val;  
    };  
      
    void main()  
    {  
        Object* p = new Object();  
    }

汇编码如下：

         Object* p = new Object();  
        00AD7EDD  push        4    
        00AD7EDF  call        operator new (0AD1384h)    
        00AD7EE4  add         esp,4    
        00AD7EE7  mov         dword ptr [ebp-0E0h],eax    
        00AD7EED  mov         dword ptr [ebp-4],0    
        00AD7EF4  cmp         dword ptr [ebp-0E0h],0    
        00AD7EFB  je          main+70h (0AD7F10h)    
        00AD7EFD  mov         ecx,dword ptr [ebp-0E0h]    
        00AD7F03  call        Object::Object (0AD1433h)        //在new的地址上调用构造函数  
        00AD7F08  mov         dword ptr [ebp-0F4h],eax    
        00AD7F0E  jmp         main+7Ah (0AD7F1Ah)    
        00AD7F10  mov         dword ptr [ebp-0F4h],0    
        00AD7F1A  mov         eax,dword ptr [ebp-0F4h]    
        00AD7F20  mov         dword ptr [ebp-0ECh],eax    
        00AD7F26  mov         dword ptr [ebp-4],0FFFFFFFFh    
        00AD7F2D  mov         ecx,dword ptr [ebp-0ECh]    
        00AD7F33  mov         dword ptr [p],ecx    

    总结：
    new 复杂数据类型的时候先调用operator new，然后在分配的内存上调用构造函数。

delete

    delete也分为两种情况：
    1，简单数据类型（包括基本数据类型和不需要析构函数的类型）。
    [cpp] view plain copy 在CODE上查看代码片派生到我的代码片

        int *p = new int(1);  
        delete p;  

    delete的汇编码如下：
    [cpp] view plain copy 在CODE上查看代码片派生到我的代码片

            delete p;  
        00275314  mov         eax,dword ptr [p]    
        00275317  mov         dword ptr [ebp-0D4h],eax    
        0027531D  mov         ecx,dword ptr [ebp-0D4h]    
        00275323  push        ecx    
        00275324  call        operator delete (0271127h)   

    分析：传入参数p之后调用operator delete，其源码如下：
    [cpp] view plain copy 在CODE上查看代码片派生到我的代码片

        void operator delete( void * p )  
        {  
            RTCCALLBACK(_RTC_Free_hook, (p, 0));  
          
            free( p );  
        }  

    RTCCALLBACK默认是空的宏定义，所以这个函数默认情况下就是简单的调用free函数。
    总结：
    delete简单数据类型默认只是调用free函数。

    2，复杂数据类型（需要由析构函数销毁对象）
    代码实例：
    [cpp] view plain copy 在CODE上查看代码片派生到我的代码片

        class Object  
        {  
        public:  
            Object()  
            {  
                _val = 1;  
            }  
          
            ~Object()  
            {  
                cout << "destroy object" << endl;  
            }  
        private:  
            int _val;  
        };  
          
        void main()  
        {  
            Object* p = new Object;  
            delete p;  
        }

部分汇编码如下：

    012241F0  mov         dword ptr [this],ecx    
    012241F3  mov         ecx,dword ptr [this]    
    012241F6  call        Object::~Object (0122111Dh)                          //先调用析构函数  
    012241FB  mov         eax,dword ptr [ebp+8]    
    012241FE  and         eax,1    
    01224201  je          Object::`scalar deleting destructor'+3Fh (0122420Fh)    
    01224203  mov         eax,dword ptr [this]    
    01224206  push        eax    
    01224207  call        operator delete (01221145h)    
    0122420C  add         esp,4

总结：

delete复杂数据类型先调用析构函数再调用operator delete。

new数组

new[]也分为两种情况：

1，简单数据类型（包括基本数据类型和不需要析构函数的类型）。

new[] 调用的是operator new[]，计算出数组总大小之后调用operator new。
值得一提的是，可以通过()初始化数组为零值，实例：
    char* p = new char[32]();  

等同于：

    char *p = new char[32];  
    memset(p, 32, 0);  
总结：
针对简单类型，new[]计算好大小后调用operator new。

2，复杂数据类型（需要由析构函数销毁对象）

实例：
    class Object  
    {  
    public:  
        Object()  
        {  
            _val = 1;  
        }  
      
        ~Object()  
        {  
            cout << "destroy object" << endl;  
        }  
    private:  
        int _val;  
    };  
      
    void main()  
    {  
        Object* p = new Object[3];  
    }  
new[]先调用operator new[]分配内存，然后在p的前四个字节写入数组大小，最后调用三次构造函数。
实际分配的内存块如下：

这里为什么要写入数组大小呢？因为对象析构时不得不用这个值，举个例子：
    class Object  
    {  
    public:  
        Object()  
        {  
            _val = 1;  
        }  
      
        virtual ~Object()  
        {  
            cout << "destroy Object" << endl;  
        }  
    private:  
        int _val;  
    };  
      
    class MyObject : public Object  
    {  
    public:  
        ~MyObject()  
        {  
            cout << "destroy MyObject" << endl;  
        }  
    private:  
        int _foo;  
    };  
      
    void main()  
    {  
        Object* p = new MyObject[3];  
        delete[] p;  
    }  
释放内存之前会调用每个对象的析构函数。但是编译器并不知道p实际所指对象的大小。如果没有储存数组大小，编译器如何知道该把p所指的内存分为几次来调用析构函数呢？
总结：

针对复杂类型，new[]会额外存储数组大小。

delete数组

delete[]也分为两种情况：

1，简单数据类型（包括基本数据类型和不需要析构函数的类型）。

delete和delete[]效果一样

比如下面的代码：
    int* pint = new int[32];  
    delete pint;  
      
    char* pch = new char[32];  
    delete pch;  
运行后不会有什么问题，内存也能完成的被释放。看下汇编码就知道operator delete[]就是简单的调用operator delete。

总结：

针对简单类型，delete和delete[]等同。

2，复杂数据类型（需要由析构函数销毁对象）

释放内存之前会先调用每个对象的析构函数。

new[]分配的内存只能由delete[]释放。如果由delete释放会崩溃，为什么会崩溃呢？

假设指针p指向new[]分配的内存。因为要4字节存储数组大小，实际分配的内存地址为[p-4]，系统记录的也是这个地址。delete[]实际释放的就是p-4指向的内存。而delete会直接释放p指向的内存，这个内存根本没有被系统记录，所以会崩溃。

总结：

针对复杂类型，new[]出来的内存只能由delete[]释放。