new 、delete运算符 、operator new 、operator delete 、malloc 、 free 函数

运行程序离不开内存管理，c内存管理离不开malloc和free，c++内存管理离不开new和delete。

虽说都是为了申请内存和释放内存，但new和malloc还是有区别的，这里总结下：

两者联系自不必多说，都是为了在堆上动态的申请和释放内存。

区别在于：

1.new和delete属于操作符，而malloc和free其实是两个系统函数。

  operator new() 指对new的重载形式，它是一个函数。

2.new在申请内存时候返回的是指定类型的指针，申请内存大小自动计算；

malloc在申请内存时候返回的是void*指针，并且在申请时要指明申请内存的大小，以参数形式传进去。

[cpp] view plain copy

1. char * a = new char;  
2. char * b = (char*)malloc(sizeof(char));  

3.new在申请完内存后会调用该类型的构造函数，也就是说new在申请完内存后会初始化这段内存；malloc则单纯的多，申请完指定大小的内存就完事，至于这段内存要用作何用，malloc并不关心。

4.内置类型如int,char,float等等均可以用new和malloc申请内存，但是非内置类型，也就是程序员新建的类型不能使用malloc而必须使用new。我觉得出现这个现象的原因是因为c和c++两者区别导致的，从某种角度说，c是c++的子集，c++在c基础上又增加了模板和类等新东西，new和delete的出现是为了适应class的构造与析构，而malloc和free设计之初只是为了适应c的内存管理，所以不能把class的构造和析构强加于malloc和free身上。

5.new和delete配对使用，malloc和free配对使用。

6. new/delete背后的机制：

一般，在使用new时，编译器会执行两步操作：

1.调用::operator new()分配计算后的内存；

2.在分配好的内存上调用该类型的构造函数进行初始化。

delete则刚好相反：

1.调用对象的析构函数；

2.使用::operator delete()释放内存。

new/delete各自背后的两步操作是无法规避的，由于new/delete是操作符，所以实现形式上不能按照程序员需要进行改变，但是::operator new()和::operator delete()是两个属于std中的函数，其作用与malloc和free相似，都是为了分配足够大的内存，只是它们并不关心内存的初始化问题。

先看两个operator的一般调用方式：

[cpp] view plain copy

1. void* operator new(size_t);  
2.   
3. void operator delete(void*);  

是不是与malloc和free很像呢？

operator new更具体的形式有三种：

[cpp] view plain copy

1. //异常抛出形式：  
2. void* operator new (std::size_t size) throw (std::bad_alloc);  
3. //不抛出异常形式  
4.  void* operator new (std::size_t size, const std::nothrow_t& nothrow_value) throw();  
5. //placement形式  
6. void* operator new (std::size_t size, void* ptr) throw();  

使用new或delete时候，默认调用std::operator new()或std::operator delete();既然是函数就可以重载，程序员可以按照实际需要重载这两个函数。看下面这个例子：

[cpp] view plain copy

1. class A  
2. {  
3. public:  
4.     A(){  
5.       cout<<"A constructor"<<endl;  
6.     }  
7.     void* operator new(size_t size){  
8.       cout<<"this is A's new"<<endl;  
9.           return ::operator new(size);  
10.     }  
11.     void operator delete(void* ptr){  
12.       cout<<"this is A's delete"<<endl;  
13.       return ::operator delete(ptr);  
14.     }  
15.     ~A(){  
16.       cout<<"A destructor"<<endl;  
17.     }  
18. };  
19. int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])  
20. {  
21.   A *a = new A;  
22.   delete a;  
23.   return 0;  
24. }  

运行结果：

虽然我们不能改变new/delete的行为，但是通过重载operator new() 和 operator delete()我们可以实现自己想要的内存管理方式，这在内存池的实现中十分关键。

关于operator new有几点要注意：
（1）当无法满足所要求分配的空间时，则
        ->如果有new_handler，则调用new_handler，否则
        ->如果没要求不抛出异常（以nothrow参数表达），则执行bad_alloc异常，否则
        ->返回0
（2）重载时，返回类型必须声明为void*
（3）重载时，第一个参数类型必须为表达要求分配空间的大小（字节），类型为size_t
（4）重载时，可以带除（3）以外的其它参数 

你可能会疑惑，比如说有

class Foo {    int bar;    ~Foo() {}};int main() {    auto p = new Foo[5];    delete[] p;}

到时候C++是怎么知道delete[] p的时候，需要对几个对象调用析构函数的呢。
答案是，如果你hack了operator new[]

void *operator new[](size_t sz) {    cout << "sz =" << sz << endl;    return malloc(sz);}

你会发现，他实际申请的内存数目是

sizeof(size_t) + 5 * sizeof(Foo)

如何限制对象只能建立在堆上或者栈上

在C++中，类的对象建立分为两种，一种是静态建立，如A a；另一种是动态建立，如A* ptr=new A；这两种方式是有区别的。

静态建立一个类对象，是由编译器为对象在栈空间中分配内存，是通过直接移动栈顶指针，挪出适当的空间，然后在这片内存空间上调用构造函数形成一个栈对象。使用这种方法，直接调用类的构造函数。

动态建立类对象，是使用new运算符将对象建立在堆空间中。这个过程分为两步，第一步是执行operator new()函数，在堆空间中搜索合适的内存并进行分配；第二步是调用构造函数构造对象，初始化这片内存空间。这种方法，间接调用类的构造函数。

那么如何限制类对象只能在堆或者栈上建立呢？下面分别进行讨论。

只能建立在堆上（设置析构函数为Protected）

类对象只能建立在堆上，就是不能静态建立类对象，即不能直接调用类的构造函数。

容易想到将构造函数设为私有。在构造函数私有之后，无法在类外部调用构造函数来构造类对象，只能使用new运算符来建立对象。然而，前面已经说过，new运算符的执行过程分为两步，C++提供new运算符的重载，其实是只允许重载operator new()函数，而operator()函数用于分配内存，无法提供构造功能。因此，这种方法不可以。

当对象建立在栈上面时，是由编译器分配内存空间的，调用构造函数来构造栈对象。当对象使用完后，编译器会调用析构函数来释放栈对象所占的空间。编译器管理了对象的整个生命周期。如果编译器无法调用类的析构函数，情况会是怎样的呢？比如，类的析构函数是私有的，编译器无法调用析构函数来释放内存。所以，编译器在为类对象分配栈空间时，会先检查类的析构函数的访问性，其实不光是析构函数，只要是非静态的函数，编译器都会进行检查。如果类的析构函数是私有的，则编译器不会在栈空间上为类对象分配内存。

因此，将析构函数设为私有，类对象就无法建立在栈上了。代码如下：

class A  {  public:      A(){}      void destory(){delete this;}  private:      ~A(){}  };  

 试着使用A a;来建立对象，编译报错，提示析构函数无法访问。这样就只能使用new操作符来建立对象，构造函数是公有的，可以直接调用。类中必须提供一个destory函数，来进行内存空间的释放。类对象使用完成后，必须调用destory函数。

上述方法的一个缺点就是，无法解决继承问题。如果A作为其它类的基类，则析构函数通常要设为virtual，然后在子类重写，以实现多态。因此析构函数不能设为private。还好C++提供了第三种访问控制，protected。将析构函数设为protected可以有效解决这个问题，类外无法访问protected成员，子类则可以访问。

另一个问题是，类的使用很不方便，使用new建立对象，却使用destory函数释放对象，而不是使用delete。（使用delete会报错，因为delete对象的指针，会调用对象的析构函数，而析构函数类外不可访问）这种使用方式比较怪异。为了统一，可以将构造函数设为protected，然后提供一个public的static函数来完成构造，这样不使用new，而是使用一个函数来构造，使用一个函数来析构。代码如下，类似于单例模式：

class A  {  protected:      A(){}      ~A(){}  public:      static A* create()      {          return new A();      }      void destory()      {          delete this;      }  };  

这样，调用create()函数在堆上创建类A对象，调用destory()函数释放内存。

只能建立在栈上(重载new函数设为私有)

只有使用new运算符，对象才会建立在堆上，因此，只要禁用new运算符就可以实现类对象只能建立在栈上。将operator new()设为私有即可。代码如下：

class A  {  private:      void* operator new(size_t t){}     // 注意函数的第一个参数和返回值都是固定的      void operator delete(void* ptr){} // 重载了new就需要重载delete  public:      A(){}      ~A(){}  };