条款8：了解各种不同意义的new和delete

有时候我们觉得，C++的术语仿佛是要故意让人难以理解似的。

这里就有一个例子：请说明new operator 和operator new 之间的差异（译注：本书所说的new operator，即某些C++教程如C++ Primer 所谓的new expression)

当你写出这样的代码：

string *ps= new string("Memory Management");

你所使用的 new 是所谓的new operator。

这个操作符是由语言内建的，就像sizeof那样，不能被改变意义，总是做相同的事情。

它的动作分为两方面。

1. 第一，它分配足够的内存，用来放督某类型的对象。以上例而言，它分配足够放置一个string 对象的内存。
2. 第二，它调用一个constructor，为刚才分配的内存中的那个对象设定初值。

new operator总是做这两件事，无论如何你不能够改变其行为。

你能够改变的是用来容纳对象的那块内存的分配行为。也就是上面的第一步

new operator 调用某个函数，执行必要的内存分配动作，你可以重写或重载那个函数，改变其行为。这个函数的名称叫做operator new。头昏了吗？真的，我说的是真的。

函数operator new 通常声明如下：

void * operator new(size_t size);

其返回值类型是void*。此函数返回一个指针，指向一块原始的、未设初值的内存（如果你喜欢，可以写一个新版的operator new，在其返回内存指针之前先将那块内存设定初值。只不过这种行为颇为罕见就是了）。

函数中的size_t 参数表示需要分配多少内存。

你可以将operator new 重载，加上额外的参数，但第一参数的类型必须总是 size_t（如何撰写 operator new，相关信息请参考条款E8~E10）

吸中协从不想到要直接调用operator new，但如果你要，你可以像调用任何其他函数一样地调用它：

void *rawMemory = operator new(sizeof(string));

这里的operator new将返回指针，指向一块足够容纳一个string对象的内存。

和malloc一样，operator new的唯一任务就是分配内存。它不知道什么是constructors, operator new只负责内存分配。

取得 operator new 返回的内存并将之转换为一个对象，是new operator 的责任。

当你的编译器看到这样一个句子：

string *ps= new string("Memory Management");

它必须产生一些代码，或多或少会反映以下行为（见条款E8和条款E10，以及发表于C/C++ Users Journal, April1998 的文章《Counting Objects inC++》中的方块内容）

void *memory =
operator new(sizeof(string));//取得原始内存（raw memory）。用来放置一个string对象。call string::string("Memory Management")//将内存中的对象初始化。
on *memorystring *ps=
static_cast<string*>(memory);//让ps指向新完成的对象。

注意上述第二步骤涉及“调用一个constructor”，身为程序员的你没有权力这么做。

然而你的编译器百无禁忌，可以为所欲为。这就是为什么如果你想要做出一个heap-based object，一定得使用new operator 的原因：你无法直接调用“对象初始化所必需的constructor”
（尤其它可能得为重要成分vtbl设定初值，见条款24）。

Placement new

有时候你真的会想直接调用一个constructor。

针对一个已存在的对象调用其constructor 并无意义，因为 constructors 用来将对象初始化，而对象只能被初始化一次。

但是偶尔你会有一些分配好的原始内存，你需要在上面构建对象。有一个特殊版本的operator new，称为placement new，允许你那么做。
下面示范如何使用 placement new:

class Widget {
public:
widget(int widgetsize);
//...
}widget * constructWidgetInBuffer (void *buffer, int widgetSize)
{
return new (buffer) Widget(widgetsize);
}

此函数返回指针，指向一个widget object，它被构造于传递给此函数的一块内存缓冲区上。

当程序运行到shared memory 或memory-mapped I/O，这类函数可能是有用的，因为在那样的运用中，对象必须置于特定地址，或是置于以特殊函数分配出来的内存上（条款4列有placement new的另一个运用实例）

在 constructWidgetInBuffer 函数内部，唯一一个表达式是，

new (buffer) Widget(widgetSize)

乍见之下有点奇怪，其实不足为奇，这只是new operator 的用法之一，其中指定一个额外自变量（buffer)作为 new operator “隐式调用operator new”时所用。

于是，被调用的operator new除了接受“一定得有的size_t 自变量”之外，还接受了一个void*参数，指向一块内存，准备用来接受构造好的对象。这样的operator new 就是所谓的placement new，看起来像这样:

void * operator new (size_t,void *location)//注意size_t后面没名字
{
return location;
}

似乎比你预期得更简单，但这便是placement new必须做的一切。

毕竟operator new的目的是要为对象找到一块内存，然后返回一个指针指向它。

在placement new的情况下，调用者已经知道指向内存的指针了，因为调用者知道对象应该放在哪里。因此placement new 唯一需要做的就是将它获得的指针再返回。

至于没有用到（但一定得有）的size_t参数，之所以不赋予名称，为的是避免编译器发出“某物未被使用”的警告（见条款6）Placement new 是C++标准程序库（见条款E49）的一部分。

欲使用 placement new，你必须用#include <new>。如果你的编译器尚未支持新式头文件名称的话（见条款E49)，就用#include<new.h>。

花几分钟回头想想 placement new，我们便能了解 new operator 和 operator new之间的关系，两个术语虽然表面上令人迷惑，概念上却十分直接易懂。

1. 如果你希望将对象产生于heap，请使用 new operator。它不但分配内存而且为该对象调用一个constructor。
2. 如果你只是打算分配内存，请调用 operator new，那就没有任何constructor会被调用。
3. 如果你打算在heap objects 产生时自己决定内存分配方式，请写一个自己的 operator new，并使用 new operator，它将会自动调用你所写的operator new。
4. 如果你打算在已分配（并拥有指针）的内存中构造对象，请使用placement new(若想更深入地了解new和delete，请见条款E7及发表于C/C++Users Journal, April1998的文章《Counting Objects in C++》）

删除（Deletion）与内存释放（Deallocation）

为了避免resource leaks（资源泄漏），每一个动态分配行为都必须匹配一个相应但相反的释放动作。函数operator delete 对于内建的delete operator，就好像operator new对于new operator 一样。当你写出这样的代码：

string *ps;
//。。。
delete ps;// 使用 delete operator。

你的编译器必须产生怎样的代码？

它必须既能够析构 ps所指对象，又能够释放被该对象占用的内存。

内存释放动作是由函数operator delete 执行，通常声明如下:

void operator delete(void *memoryToBeDeallocated);

因此，下面这个动作：

delete ps;

会造成编译器产生近似这样的代码：

ps->~string();// 调用对象的dtoroperator。operator delete (ps);//释放对象所占用的内存。

这里呈现的一个暗示就是，如果你只打算处理原始的、未设初值的内存，应该完全回避new operator 和 delete operators，改调用operator new取得内存并以operator delete 归还给系统:

void *buffer=operator new(50*sizeof(char));//分配足够的内存，放置50个 chars；没有调用任何ctorsoperator delete(buffer);//释放内存，没有调用任何dtors。

这组行为在C++中相当于调用malloc和free。

如果你使用placement new，在某内存块中产生对象，你应该避免对那块内存使用delete opcrator.因为 delete operator会调用 operator delete来释放内存，但是该内存内含的对象最初并非是由 operator new分配得来的。

毕竟placemen new只是返回它所接收的指针而已，谁知道那个指针从哪里来呢？所以为了抵消该对象的constructor的影响，你应该直接调用该对象的destructor:

//以下函数用来分配及释放 shared memory 中的内存。
void* mallocshared(size_t size);
void freeShared(void *memory);void*sharedMemory=mallocShared(sizeof(Widget));//和先前相同，运用Widget*pw=constructWidgetInBuffer(sharedMemory, 10); // placement new。
//..
delete pw;//无定义！因为sharedMemory 来自mallocshared，不是来自 operator new。pw->~Widget();
//可！析构 pw 所指的widget 对象，
//但并未释放widget占用的内存。freeShared(pw);
//可！释放 pw所指的内存,
//不调用任何 destructor。

如此例所示，如果交给placement new 的原始内存（raw memory）本身是动态分配而得（通过某种非传统做法），那么你最终还是得释放那块内存，以免遭受内存泄漏（memory leak)之苦（请参考文章《Counting Objects inC++》之中的方块内容，其中对所谓的“placement delete”有些介绍）。

数组（Arrays）

目前为止一切都好，但我们还有更远的路要走。截至目前我们考虑的每件事情都只在单一对象身上打转。面对数组怎么办？下面会发生什么事情；

string *ps= new string[10);//分配一个对象数组

上述使用的new 仍然是那个new operator，但由于诞生的是数组，所以new operator的行为与先前产生单一对象的情况略有不同。

是的，内存不再以operator new分配，而是由其“数组版”兄弟，一个名为operator new[]的函数负责分配（通常被称为“aray new”）。

和operator new一样，operator new[]也可以被重载。这使你得夺取数组的内存分配权，就像你可以控制单一对象的内存分配一样（不过条款E8对此有些警告）。

operatornew[]是相当晚的时候才加入C++的一个特性，所以你的编译器或许尚未支持它。

如果是这样，全局operator new会被用来为每个数组分配内存一不论数组中的对象类型是什么。

在这样的编译器下定制“数组内存分配行为”很困难，因为你得改写全局版的 operator new才行。这可不是件容易的工作。

默认情况下全局版的operator new负责程序中所有的动态内存分配，所以其行为的任何改变都可能带来剧烈而普遍的影响。此外，全局版本的operator new，其正规形式的型构（eignature)（我的意思是，只有唯一size_t参数的那个，见条款E9）只有一个，所以如果你决定声称它为你所拥有，你的软件便立刻不容于任何做了相同决定的程序库（见条款 27）。

多方考虑之下，如果你面对的是尚未支持 。perator new[]的编译器，定制“数组内存管理行为”往往不是个理想的决定。

“数组版”与“单一对象版”的newoperator的第二个不同是，它所调用的constructor数量。数组版new operator 必须针对数组中的每个对象调用一个constructor:

string *ps =//调用operator new[]以分配足够容纳new string[10];//10个 string 对象的内存，然后
//针对每个元素调用 string default ctor。

同样道理，当delete operator 被用于数组，它会针对数组中的每个元素调用其 destructor，然后再调用 operator delete[]释放内存:

delete [] ps;
//为数组中的每个元素调用 string dtor.

然后调用 operator delete[]以释放内存。

就好像你可以取代或重载 operator delete一样，你也可以取代或重载operator delete[]。不过两者的重载有着相同的限制。请你找一本好的C++教程,查阅其细节。说到好的C++教程，本书p285列有我的一份推荐名单。

现在，你有了完整的知识。

new operator 和delete operator 都是内建操作符,无法为你所控制，但是它们所调用的内存分配/释放函数则不然。

当你想要定制new operator 和 delete operator的行为，记住，你其实无法真正办到。你可以修改它们完成任务的方式，至于它们的任务，已经被语言规范固定死了。