探讨operator new和new operator

1. 基础知识

1. new operator：指我们在C++里通常用到的关键字，比如A* a = new A
2. operator new：它是一个操作符，并且可被重载(类似加减乘除的操作符重载)

对于如下一个表达式，就是new operator的一个简单的例子。

A* a = new A；

其具体过程分为如下三步。

1.分配内存，2.调用构造函数构造对象，3. 返回分配指针。

对于分配内存这一操作就是由operator new来完成的，然后会根据参数来选择合适的构造函数，如果不加参数则是调用默认构造函数(如上例子)

2. operator new的三种形式

#include <new>//C++98版本//throwing (1)  void* operator new (std::size_t size) throw (std::bad_alloc);//nothrow (2)   void* operator new (std::size_t size, const std::nothrow_t& nothrow_value) throw();//placement (3) void* operator new (std::size_t size, void* ptr) throw()//C++11版本//throwing (1)  void* operator new (std::size_t size);//nothrow (2)   void* operator new (std::size_t size, const std::nothrow_t& nothrow_value) noexcept;//placement (3) void* operator new (std::size_t size, void* ptr) noexcept;

首先要了解到C++给我们提供了global operator new 操作，就是如上的三种形式，默认情况下，我们一般都是调用的这三种operator new操作之一。C++11和C++98的区别只是在于关键字noexcept的使用。

(1)(2)的区别仅是是否抛出异常，当分配失败时，前者会抛出bad_alloc异常，后者返回null，不会抛出异常。它们都分配一个固定大小的连续内存。

(3）是placement new，它也是对operator new的一个重载，定义于#include <new>中，它多接收一个ptr参数，但它只是简单地返回ptr。然后后续就在ptr所指地址上构建一个对象(通过调用其构造函数)，这在内存池技术上有广泛应用。

以C++11版本为例，三种global operator new的应用如下：

A *p1 = new A;          //使用第一种operator newA *p2 = new(std::nothrow) A;    //使用第二种operator newvoid *p3 = malloc(sizeof(A));   //申请内存A *p3 = new(p3) A;      //使用第三种operator new

如new(p) A()，就是在p所指定的地址上调用A的构造函数。这是的p即可是堆中的地址，也可以是栈中的地址。

3. operator new重载

可以根据自己的需要来在相应的类中重载operator new，此时在new关键字作用在这种类型时候，将首先调用类内重载的operator new操作，而不是全局函数 operator new。

4. delete

delete的使用基本和new一致。
delete的具体
包括operator delete的重载方式这些都相似，只不过它的参数是void*，返回值为void。

5. set_new_handler

当operator new申请一个内存失败的时候，它会进行如下的处理步骤：
1. 如果存在客户指定的处理函数，则调用处理函数（new_handler），如果不存在则抛出一个异常。
2. 继续申请内存分配请求。
3. 判断申请内存是否成功，如果成功则返回内存指针，如果失败转向处理步骤1

内存处理例程通过set_new_handler来进行设置

namespace std{     typedef void (*new_handler)();     //无异常抛出     new_handler set_new_handler(new_handler p) throw();}

其中new_handler是个typedef，定义一个函数指针，该函数没有参数，也没有返回值；set_new_handler用于设置处理函数，设置p为当前处理函数，并返回之前的new_handler。

默认情况下，系统并不会设置new_handeler，为0，而是交给客户端来自行设计。当没有new_handler时候，就会直接抛出异常或者结束。如果存在new_handler函数，就会先调用new_handler，函数结束后再直接申请内存，如果仍然无法申请，继续调用new_handler，直到成功。

一个设计良好的new_handler必须做以下事情：

1. 删除其它无用的内存，使系统具有可以更多的内存可以使用，为下一步的内存申请作准备。实现此策略的办法是：程序一开始执行就分配一大块内存，当new_handler被调用时，将它们释放还给程序使用。
2. 设置另外一个new_handler。如果当前的new_handler不能够做到更多的内存申请操作，或者它知道另外一个new_handler可以做到，则可以调用set_new_handler函数设置另外一个new_handler，这样在operator new下一次调用的时候，可以使用这个新的new_handler。
3. 卸载new_handler，使operator new在下一次调用的时候，因为new_handler为空抛出内存申请异常。
4. new_handler抛出自定义的异常
5. 不再返回，调用abort或者exit退出程序

我们可以直接在一个函数中调用set_new_handler，来设定相应的内存不足处理函数，但是这并不是针对某个类的，而是所有的operator new调用失败。

但是如果需要，可以重载operator new，自己实现这个行为。

需要重载相应类的operator new来进行设定：

1. 首先调用标准的set_new_handler，自定义专属类的处理函数
2. 调用::operator new，执行实际的内存分配。如果内存分配失败，刚才被安装的new_handler将被调用。

3.无论new成功还是失败，都必须在类自定义的operator new结束前恢复全局new_handler