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《More Effective C++：35个改善编程与设计的有效方法》
读书笔记：了解各种不同意义的new和delete
在C++的内存管理体系中，new和delete看似简单，实则隐藏着多层逻辑。许多开发者对 new operator、operator new 和 placement new 的区别感到困惑。本文将逐层拆解这些概念，帮你掌握内存分配与对象构造的底层逻辑。
一、new operator：语言内置的“双任务”操作符
我们日常写的 new Type(...) 其实是 new operator（新表达式），它的行为由语言内置，不可直接修改。其核心工作分为两步：
- 分配内存：调用
operator new函数，申请足够容纳Type对象的内存； - 构造对象：调用
Type的构造函数，初始化刚分配的内存。
示例：
string* ps = new string("Memory Management");
编译器会隐式生成类似以下逻辑：
// 1. 分配内存（调用 operator new）
void* raw_memory = operator new(sizeof(string));
// 2. 构造对象（编译器通过 placement new 实现）
string* ps = new (raw_memory) string("Memory Management");
二、operator new：可重载的内存分配函数
operator new 是普通函数，负责纯粹的内存分配，不涉及构造函数。它的原型为：
void* operator new(size_t size);
关键特性：
- 可定制性：可全局或类内重载，实现自定义内存分配策略（如内存池、统计分配次数）；
- 直接调用：仅分配内存，返回未初始化的
void*，需后续手动构造对象。
示例：
// 仅分配内存，无构造函数调用
void* raw_memory = operator new(sizeof(string));
三、placement new：在指定内存上构造对象
placement new 是 operator new 的特殊重载版本，允许在已有的内存地址上构造对象，跳过“分配内存”步骤。
核心逻辑：
- 原型（标准库实现）：
void* operator new(size_t, void* location) { return location; // 直接返回传入的内存地址，不分配新内存 } - 使用场景：
- 内存池：预先分配大块内存，后续在其上构造对象（减少分配开销）；
- 共享内存/内存映射IO：对象必须位于特定地址。
使用步骤：
- 准备原始内存：可以是栈内存、共享内存等（需保证内存大小和对齐正确）；
- 调用 placement new 构造对象；
- 手动调用析构函数（因
delete会调用operator delete，而此处内存可能非operator new分配，故不能直接delete）； - 释放原始内存（若内存是动态分配的）。
示例：
class Widget {
public: Widget(int size) {} ~Widget() {}
}; // 步骤1：准备栈内存（也可是共享内存等）
alignas(Widget) char buffer[sizeof(Widget)]; // 步骤2：在 buffer 上构造 Widget
Widget* pw = new (buffer) Widget(10); // 步骤3：手动析构（必须！否则析构函数不会被调用）
pw->~Widget(); // 步骤4：若 buffer 是动态分配，需释放（此处栈内存自动释放，故省略）
注意：使用 placement new 需包含头文件 <new>。
四、delete的对称逻辑：delete operator与operator delete
delete 操作符（delete operator）与 new 对称，也分两步：
- 析构对象：调用对象的析构函数；
- 释放内存：调用
operator delete函数释放内存。
示例：
delete ps;
编译器隐式生成：
ps->~string(); // 析构对象
operator delete(ps); // 释放内存
特殊情况：placement new构造的对象
若对象由 placement new 构造（内存非 operator new 分配，如栈内存、共享内存），不能直接用 delete，否则 operator delete 会错误释放内存。正确流程：
// 假设 pw 构造在共享内存上
pw->~Widget(); // 手动析构
freeShared(pw); // 释放共享内存（而非 operator delete）
五、数组的处理：new[]与delete[]
当用 new Type[size] 分配数组时，实际调用的是 数组版 new operator，流程为：
- 调用
operator new[]分配内存（可重载）； - 为数组每个元素调用默认构造函数（若
Type有默认构造函数）。
对应的 delete[] 会：
- 为数组每个元素调用析构函数；
- 调用
operator delete[]释放内存（可重载）。
关键注意：
- 配对使用：
new[]必须与delete[]配对，否则可能漏调析构函数（如用delete代替delete[]，仅调用第一个元素的析构）； - 旧编译器兼容：
operator new[]支持较晚，旧编译器可能 fallback 到全局operator new，导致数组内存分配难以定制。
总结：概念地图
| 概念 | 角色 | 核心行为 | 可定制性 |
|---|---|---|---|
| new operator | 语言操作符 | 分配内存（调用 operator new） + 构造对象（placement new 隐式调用） | 不可直接定制 |
| operator new | 内存分配函数 | 仅分配内存，返回 void* | 可重载（全局/类） |
| placement new | operator new 的重载版本 | 在指定内存地址上构造对象（通过额外参数指定地址） | 可自定义重载 |
| delete operator | 语言操作符 | 析构对象 + 释放内存（调用 operator delete） | 不可直接定制 |
| operator delete | 内存释放函数 | 仅释放内存 | 可重载（全局/类） |
实践建议
- 普通堆对象：直接用
new/delete（new operator + delete operator）； - 定制内存分配：重载
operator new/operator delete； - 指定内存构造：用 placement new，配合手动析构和内存释放；
- 数组：严格配对
new[]和delete[]，避免漏调析构。
理解这些概念后，你就能灵活应对复杂内存管理场景（如内存池、对象池），精准控制对象的生命周期与内存分配！