operator new与placement new

article/2025/8/30 11:36:58

通常讲的new指的是new operator，使用new operator的时候，实际上执行了三个步骤:

1）调用operator new分配内存；2）调用构造函数生成类对象；3）返回相应指针。

分配内存这一操作是由operator new(size_t)来完成的，如果类重载了operator new，将调用foo::operator new(size_t )，否则调用全局::operator new(size_t )，后者由C++默认提供。

operator new

operator new是函数，分为三种形式（前2种不调用构造函数，这点区别于new operator）：
void* operator new (std::size_t size) throw (std::bad_alloc);
void* operator new (std::size_t size, const std::nothrow_t& nothrow_constant) throw();
void* operator new (std::size_t size, void* ptr) throw();
第一种分配size个字节的存储空间，并将对象类型进行内存对齐。如果成功，返回一个非空的指针指向首地址。失败抛出bad_alloc异常。
第二种在分配失败时不抛出异常，它返回一个NULL指针。
第三种是placement new版本，它本质上是对operator new的重载，定义于#include <new>中。它不分配内存，调用合适的构造函数在ptr所指的地方构造一个对象，之后返回实参指针ptr。
第一、第二个版本可以被用户重载，定义自己的版本，第三种placement new不可重载。
A* a = new A; //调用第一种
A* a = new(std::nothrow) A; //调用第二种
new (p)A(); //调用第三种
new (p)A()调用placement new之后，还会在p上调用A::A()，这里的p可以是堆中动态分配的内存，也可以是栈中缓冲。

重载operator new：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;class X
{
public:X(){cout << "X's constructor" << endl;}~X(){cout << "X's destructor" << endl;}void* operator new(size_t size, string str){cout << "operator new size " << size << " with string " << str << endl;return ::operator new(size);//此处重载的是第几个operator new ? 调用了X()}void operator delete(void* pointer){cout << "operator delete" << endl;::operator delete(pointer);}
private:int num;
};int main()
{X* p = new("A new class") X;delete p;return 0;
}

输出结果：

placement new就是在用户指定的内存位置上构建新的对象，这个构建过程不需要额外分配内存，只需要调用对象的构造函数即可。举例来说:
class foo{};
foo* pfoo = new foo;
pfoo指向的对象的地址是不能决定的，new做了这些工作。第一步分配内存，第二步调用类的构造函数。

placement new

placement new是怎么做的呢，把原本new做的两步工作分开来。第一步你自己分配内存，第二步你调用类的构造函数在自己分配的内存上构建新的对象。

placement new的优点：
1）在已分配好的内存上进行对象的构建，构建速度快。适合对时间要求比较高，长时间运行不希望被打断的应用程序。
2）已分配好的内存可以反复利用，有效的避免内存碎片问题。

placement new和其他普通的new不同的是，它在括号里多了另外一个参数。比如：

Widget * p = new Widget; //ordinary new //普通的new pi = new (ptr) int;
pi = new (ptr) int; //placement new

括号里的参数是一个指针，它指向一个内存缓冲器，placement new将在这个缓冲器上分配一个对象。Placement new的返回值是这个被构造对象的地址(比如扣号中的传递参数)。placement new主要适用于：在对时间要求非常高的应用程序中，因为这些程序分配的时间是确定的；长时间运行而不被打断的程序；以及执行一个垃圾收集器(garbage collector)。