定义自己的operator new和operator delete时注意点

前两天自己在写一个内存管理工具的时候，不知道怎么着手，想起了C++Primer里有个内存管理的例子CacheObject，虽然这个例子有点问题（内存泄露了），但作为一个起步者，还算一个很好的例子。重新复习了一下，发觉里面有几点需要注意：

第一、operator new和operator delete声明：

void* operator new(size_t)

void* operator new[](size_t)

void operator delete(void*)

void operator delete[](void*)

重定义操作符时，操作符的参数很多都与操作符的操作数直接关联，例如operator+：

Type operator+(const Type& lhs, const Type& rhs);

它的参数类型分别是operator +左和右两边的两个操作数类型。但是operator new的参数很特殊，是一个size_t类型，一个范围大小类型，而不是往常的操作数类型。从我的角度来理解，operator new作为一个内存开辟者，主要是为程序员开辟多少内存，所以开辟它不需要知道操作数的类型，只要知道操作数的大小便行了。

第二、operator new和operator delete作为成员函数，它是个静态函数

这里我先把CacheObject的代码贴出来

#ifndef CHACHEOBJECT_H#define CHACHEOBJECT_H#include <allocators>//#include <memory>#include <exception>template<typename T>class CacheObject{public:void* operator new(std::size_t);void operator delete(void *);protected:T* next;// 用于指向下一个未使用的内存private:static void add_to_freelist(T* p);// 回收内存到未分配列表static std::allocator<T> alloc_mem;// allocator类型static T* free_pointer;// 指向当前未分配static const std::size_t chunk = 50;// 每一次开辟的内存数 50 * sizeof（T）};template<typename T> std::allocator<T> CacheObject<T>::alloc_mem;template<typename T> T* CacheObject<T>::free_pointer = 0;template<typename T>void CacheObject<T>::add_to_freelist(T* p){p->CacheObject<T>::next = free_pointer;free_pointer = p;}template<typename T>void* CacheObject<T>::operator new(std::size_t n){if(sizeof(T) != n){throw std::runtime_error("Type's size isn't match with CacheObject's size");}if(!free_pointer){T* new_mem = static_cast<T*>(alloc_mem.allocate(chunk));for(std::size_t i = 0; i < chunk; ++i)add_to_freelist(&new_mem[i]);}this->chunk;T* p = free_pointer;free_pointer = free_pointer->CacheObject<T>::next;return p;}template<typename T>void CacheObject<T>::operator delete(void *p){if(p)add_to_freelist(static_cast<T*>(p));}#endif

在这一句里

static void add_to_freelist(T* p);// 把一个T类型的大小返回给内存未分配列表

一开始，我原先并没有static声明，即

void add_to_freelist(T* p);// 把一个T类型的大小返回给内存未分配列表

毕竟觉得free_pointer是一个静态成员变量，在add_to_freelist函数里负责指向未分配的内存，对于每个CacheObject对象调用add_to_freelist，都能使free_pointer如期的工作。好吧，那接下来就是编译：
“CacheObject<T>::add_to_freelist”: 非静态成员函数的非法调用
这就是vs给的结果，这个结果指向的是operator new函数里的add_to_freelist这一样

if(!free_pointer){T* new_mem = static_cast<T*>(alloc_mem.allocate(chunk));for(std::size_t i = 0; i < chunk; ++i)add_to_freelist(&new_mem[i]);}

“非静态成员函数的非法调用”意思就是说，非静态成员函数被当做静态成员函数来调用而导致非法出错。一开始我觉得很奇怪，在operator new这个函数里，我没有把它声明为静态，add_to_freelist又是普通的成员函数，难道成员函数调用成员函数有错？
我到网上找了很久都没有比较好的答案。后来，我放开书本，参考了源码，发现add_to_freelist的声明中C++primer的作者把其声明static函数。按着书本那样，我也加上了static声明，编译便通过了！！
为什么声明为static就可以通过，而非静态函数则不可通过？上面说了当前的错误是“非静态成员函数被当做静态成员函数来调用而导致非法出错”，那么就我当前知道的就有两种可能：1、非静态add_to_freelist在类作用域外被作用域操作符（::）所引用，明显，当前情况不是；2、非静态add_to_freelist函数无法在operator new里无法被识别，无法识别的最大原因是operator new是静态函数，它缺少this指针。为了印证我的想法，我做下面的变化：

if(!free_pointer){T* new_mem = static_cast<T*>(alloc_mem.allocate(chunk));for(std::size_t i = 0; i < chunk; ++i)this->add_to_freelist(&new_mem[i]);}

在非静态add_to_freelist前加上一个this，编译便出结果了：
“this”: 只能在非静态成员函数的内部引用
我在operator delete也做了同样地测试，结果和以上的结果一样。
结论：operator new和operator delete是静态
反思，为啥这两个操作符是默认静态的？
从我们平时的代码来思考

Type *t = new t;delete t;

如果operator new不是静态的，那么上面new的写法也就是非法：对象还未创建而调用非静态函数。静态成员数据是与类关联的，并不与类对象关联，在程序开始便存在了，正因为这个，使得operator new可以在任何地方调用。从这个角度来看，体现了operator new的静态设计的合理性。

第一次原创技术博客，哈哈，有很多术语不到位和错漏的地方，欢迎大家指正和批评~！