分类： C/C++
2011-10-08 19:37:19
一道考题：请说说已经有malloc函数了为何还要引进new？
答：当用在内置数据类型或者结构时，malloc能满足我们的需要，但用在类类型时不能，这就需要引用new，
new既分配堆内存，又自动调用类的构造函数来创建对象。
是本教科书都有提到上面这一点，可是这些公司为何还乐此不疲的考到这到道题呢？事情不是这么简单，我献
丑说这几句。
一、new 与 opeartor new
首先问大家一个问题：new 与 opeartor new有何区别？
如果你回答：operator new就是new的重载运算符呗!
回答错误，new是C++内部定义的一种操作符，总像sizeof一样是一种操作符，而operator new是实作者定义的
一个全局函数。不信，你可以写下面的语句：
int *p = operator new( //这时候，用的是VC的话，就会自动提示该函数的原型。嗯，有七个版本之多。好
，现在我们弄清楚了，一个是操作符，一个是全局函数，而不是原来所以为的是重载的关系。正同我们看看他
们各有什么用？
new操作符作了三件事.语句:
MyClass * p = new MyClass;
的伪码大至如下：
void *memory = operator new(sizeof(MyClass)); //1调用全局函数: operator new
MyClass::MyClass(); //2调用构造函数创建对象，如带参数的话
//调用的就是带参构造函数
MyClass * p = static_cast
我们可以猜测到真正的内存分配是在operator new函数中完成的。
operator new函数其之的原型是：
void* operator new(size_t size) throw(std::bad_alloc)
返回类型是void* ， 参数类型是：size_t ，是一个在系统头文件
操作结果就是该类型的。
void* operator new(size_t size)大至如下：
void *p ;
while((p = malloc(size)) == 0)
{
//内存分配失败。
if ( _callnewh(size) == 0)
{
_Nomemory();
}
}
return p;
如果内存分配成功则直接返回所分配的内存的首地址。不然就循环调用if语句，首先判断 _callnewh(size)调
用是否成功，不成功则调用_Nomemory()，_Nomemory()实际上作用是抛出一个异常，所抛出的是一个标准库中
定义的std::bad_alloc对象。_callnewh()函数首先会判断一个全局变量 _pnhHeap是否为零， _pnhHeap存放的
是一个函数指针，我们可以为new操作指定一个出错处理函数，也就是说当new分配内存失败时就会调用我们刚
才指定的函数，出错处理函数原型必须是无参且返回类型是void的函数。可以通过全局函数set_new_handler
(new_handler pnew)来设定我们的出错处理函数，而他又是通过调用_PNH _set_new_handler(_PNH pnh)来实现
设定我们的出错处理函数的。下面是_PNH _set_new_handler(_PNH pnh)的定义：
_PNH __cdecl _set_new_handler(
_PNH pnh
)
{
_PNH pnhOld;
/* lock the heap */
_mlock(_HEAP_LOCK);
pnhOld = _pnhHeap; //把原来在起作用的出错处理函数的指针赋给pnhOld
_pnhHeap = pnh; //我们新设定的出错处理函数的指针。
/* unlock the heap */
_munlock(_HEAP_LOCK);
return(pnhOld); //返回原来旧的出错处理函数的指针。
}
回到我们的_callnewh()函数，如果在MyClass * p = new MyClass;语句之前设定了出错处理函数，那么这里的
_pnhHeap就不为零，接着就会调用(*_pnhHeap)()即我们的出错处理函数，否则返回零。接着调用_Nomemory()
抛出异常。这个出错处理函数是个重要的函数，设计的好的话可以做很多事情，因为他是在while中被调用的有
多次被调用的机会。在我们的出错处理函数中如果没有使用exit(1)等退出程序的语句，也没有抛出异常的话，
执行完我们的出错处理函数后，又回到while((p = malloc(size)) == 0)，再次分配内存并判断，还是失败的
话，再次调用我们的出错处理函数，当然这个出错处理函数和上面的那个出错处理函数不一样了，因为我们可
以在上面那个出错处理函数中调用set_new_handler(_PNH pnh)重新设定一个出错处理函数，也就是我们第二次
调用的这个出错处理函数。还不行的话，可以继续循环，直到你满意为止。如果你觉得累了，不玩了，最后就
会调用_Nomemory()抛出异常，函数返回到new调用的地方。
好，现在我们清楚了操作符new作了三件事，首先调用全局operator new函数， 后者通过调用传统的malloc
函数分配内存，如果成功直接返回，不然，判断出错处理函数是否为零，不为零的话，调用我们的出错处理函
数。否则调用_Nomemory()抛出异常。如果p = malloc(size)成功，new接着做第二件事，创建对象，最后转换
指针类型并返回。
我们可以重写operator new函数。当编译器看到语句MyClass * p = new MyClass;
首先会检查我们的类定义看是否提供有operator new函数，如有，则调用该函数，接着调用构造函数，转换类
型并返回。如果没有重写operator new函数，则new操作符会调用全局中的那个operator new函数，也就是我们
上面说的这个函数。但是如果我们在new操作符前面限定了::即这样写 ::new MyClass则编译器不会去检查我们
的类的定义而直接调用全局的operator new函数。
操作符new不可以重载，就像sizeof操作符一样是不可以重载的。我们重载的是operator new函数。所以有
一些限定，我们重载的operator new函数的返回类型必须是void*，第一个参数必须是size_t类型的。下面是一
个自定义的operator new函数：
class MyClass
{
public:
MyClass()
{
cout << "MyClass::MyClass()" << endl;
}
static void* operator new(size_t size);
~MyClass()
{
cout << "MyClass::~MyClass()" << endl;
}
};
void* MyClass::operator new(size_t size)
{
//在这里可以对类的静态成员数据做些控制。我们在这里有一句输出语句代替。
cout << "MyClass::operator new" << endl;
void* p = new MyClass;
return p;
}
这样写是行不通的，因为在MyClass::operator new中的void* p = new MyClass的new是操作符new，他做三件
事，第一件就是调用MyClass::operator new(size_t size)，所以这里
是递归调用了。把程序改成：
void* MyClass::operator new(size_t size)
{
//在这里可以对类的静态成员数据做些控制。我们在这里有一句输出语句代替。
cout << "MyClass::operator new" << endl;
void* p = operator new(size); //已修改。
return p;
}
这样还是不行的，这样是直接递归(自己调用自己)。刚才是间接递归。应该改成：void* p = ::operator new
(size); OK，使用的是全局中的operator new，或者写成：void* p = malloc( size),只是这样一来，出错后
不会自动调用出错处理函数了，只会简单的返回NULL，所以在使用new操作符的地方要注意先检测返回值是否为
零，所以最好不用malloc，还是用:: operator new(size)好，这里还可以用void* p = new char[size]，用的
是new[]操作符，不会两次调用构造函数，也不会造成递归。只是要注意在我们重写的operator delete函数中
要调用delete[] 后释放。一般情况下，我们重写了operator new函数，都要重写operator delete函数，而且
后者中的释放资源的函数要与前者分配资源的函数的形式要搭配。
另外，要想把自己重写的operator new函数设计得好，还是有好些地方需要注意的。好在需要我们重写这个函
数的情况不多，真正需要重写时，还是先参考些这方面的资料才行，
绍。在这里我只是提到一下，让大家知道有这么一回事，应付一下这道公司们乐此不疲的考题。洋洋洒洒写上
上千字，小样，看你还敢不敢考这样的考题。
二、new[] 与 operator new[]
new[]操作符与new差不多，同样做三件事：调用operator new[]函数，历遍一个vector调用构造函数。转换
指向首地址的指针类型并返回。
operator new[]函数通过把操作符new A[number]中的A与number进行计算：size_t count = number * sizeof
(A), 然后调用全局函数operator new(count).
三 new(void*) Myclass 与 operator new(size_t, void*)
指定位置创建操作符new()同样做三件事，第一件就是调用operator new(size_t, void*)函数，下面两件和
new操作符的最后二件事是一样的。让我们来看看vs.net中operator new(size_t, void*)的定义：
inline void *__cdecl operator new(size_t, void *_Where) _THROW0()
{ // construct array with placement at _Where
return (_Where);
}
和operator new相比好简单哦，我们看到了，他并没有调用malloc函数，也没有调用operator new函数，他怎
么分配的内存啊？!对于operator new函数，他通过循环调用malloc函数来分配一块内存，最好把这块分配好的
内存return p返回给操作符new，让他在上面做第二，第三件事。我们这里return (_Where);按此推理，_Where
6应该指向一块已分配的可使用的内存。_Where从那里来的啊？答案是使用操作符new(void* _Where) MyClass
时所指定的。这就是指定位置创建操作符new()的用法，先在别处分配好一块内存，然后把这块内存的首地址做
为参数调用new()，new()就会在这块指定位置上创建对象，然后再把这块指定的内存的首地址自制一份给p，接
着转换类型并返回。这样子操作符new()并没有真正分配内存，所以不能调用delete来释放内存。当程度使用共
享内存或者memory-mapped I/O指定位置创建就比较有用，因为在这样的程序里对象必须放置在一个确定的地址
上或者一块被例程分配的内存里。下面看个例子。
#include
#include
using namespace std;
void* mallocShared(size_t size); //用于分配共享内存，该函数是别的程序员写的，你只知道通过
//调用他可以获得一块已分配而未初始化的内存。
class A
{
public:
A()
{
cout << "A::A()" << endl;
m_n = 0;
}
int Get()
{
return m_n;
}
~A()
{
cout << "A::~A()" << endl;
}
private:
int m_n;
};
int main()
{
void* p = mallocShared(sizeof(A)); //该句也有可能是在别的地方调用的，
//然后把p传过来。这里为了简化而放在此调用
A* pA = new(p) A;
cout << pA->Get() << endl;
delete pA;
return 0;
}
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
/* 下面是另一个程序员在一个模块中写的mallocShared()函数，
你不知道其具体实现，只是通过导出该函数来使用。*/
void* mallocShared(size_t size)
{
void* p = malloc(size);
if ( p == NULL)
{
cerr << "mallocShared(size_t size) failed!" << endl;
exit(1);
}
return p;
}
这个程序有问题吗？抛开设计上的好坏不说，就说这个程序能否通过编译？如能，运行结果如何？请先思考三
分钟再往下看。
有疑问的可能是这一句delete pA; 函数mallocShared不是你写的，你不知道其内部是通过什么形式分配的内存
，就调用delete来释放能行吗？假如又让我们知道他内部是通过malloc函数来分配的内存，用delete来释放能
行吗？答案是：能通过编译，并能得出正确结果，通过malloc函数来分配的内存用delete来释放是没问题的，
new操作符不也是通过malloc来分配的内存，同样可以用delete来释放啊。如果mallocShared是下面这样子，情
况又怎么样呢？
void* mallocShared(size_t size)
{
return (new char[size]);
}
结果是和上面是一样的，delete p没问题，只要用new[]来分配的内存块的大小和用delete释放的内存的大小是
一样的就没问题。回想一下看，我们用new A来分配内存时，实际上是通过operator new(size)来分配的，这里
的size = sizeof(A)，这种情况下我们可以用 delete p来释放，只要p 的类型是A*，因为delete 是通过调用
operator delete(size)函数来释放的内存，这里的size也是等于sizeof(P)，当我们调用new char[number]时
，先调用operator new[]函数，后者实际上也是调用 operator new(number* sizeof(char))来分配的内存，既
然都是通过调用operator new来分配的内存，所以调用delete 来释放应该也是没问题的。因为这
里:mallocShared(sizeof(A)) ----> size == sizeof(A) == size* sizeof(char) == sizeof(P) 大小一样。
改成：
void* mallocShared(size_t size)
{
return (operator new(size));
}
结果也是一样的! 当然这里是假设没有提供自己的operator new函数的情况下，如果重写了operator new函数
就要改成：
void* mallocShared(size_t size)
{
return (::operator new(size)); //用的是全局函数
}
这个程序目前没问题，但是存在很多的安全隐患，很容易就出错，一不小心就阴沟里翻船，有“未定义”行为
产生，结果是啥事都有可能发生。应该谢绝写这样的程序。
上面说了mallocShared(sizeof(A));可能不是在你的程序中调用的，而是在别人那里调用的，然后别人给你传
来一个指针让你把这个指针作为参数调用你自己的A* pA = new(p) A,这样子你调用delete p来释放，别人那里
或者还需要用，因为这是共共享的内存，又或者别人那里在做完想要做的工作之后，调用delete ，这样子就出
问题了。同一块内存不能释放两次。就算mallocShared(sizeof(A));是在你这里调用的，那么你可以算是内存
的分配者，你有权利and义务把他释放，可是你也要先确定别人还需不需要用到这块内存，需要的话，你就不能
马上delete，又或者呆会你自己也还需要用到，再次在这块内存上指定位置创建。所以就不必再调用
mallocShared(sizeof(A));来分配内存。把主函数改成下面这样，结果又如何，能通过编译吗？
int main()
{
void* p = mallocShared(sizeof(A)); //就限定是在这里调用的。
A* pA = new(p) A;
cout << pA->Get() << endl;
A* pA1 = new(p) A; //再次指定位置创建。
delete pA;
return 0;
}
答案是：能通过编译，运行结果如下：
A::A()
0
A::A()
~A::A()
原来的那块内存是确实被释放掉了的，只是这里构造函数A::A()调用了两次而析构函数A::~A()只调用一次，
这显然不太好，如果你的类在其他地方分配了资源，需要通过析构函数来释放，这样子你少调用了一次析构函
数就会造成内存泄漏或者别的问题了。所以应该把程序改成下面这样：
int main()
{
void* p = mallocShared(sizeof(A)); //就限定是在这里调用的。
A* pA = new(p) A;
cout << pA->Get() << endl;
A* pA1 = new(p) A; //再次指定位置创建。
pA->~A(); //这里显式调用析构函数来析构对象，但是内存并没有释放，还可以再次使用。
A* pA1 = new(p) A;
//在这里判断别的程序是否还需要用到该内存
delete pA; //当别人不再需要，自己也不会再用到，可以释放!
return 0;
}
这句delete p总让我担心受怕，最好调用和mallocShared函数相对应的函数来释放内存，你写了mallocShared
函数来分配资源就有义务写一个freeShared函数来释放资源，分配资源函数和释放资源函数是一对的，一起提
供给别人使用。因为只有你自己最清楚你的mallocShared函数是怎么分配的资源，你的freeShared就应该做相
应的工作。比如在mallocShared中除了分配内存，还用到其他资源，如果直接调用delete p来释放那就成问题
了。应该调用freeShared来释放。如果你是老板而你的员工只写一个mallocShared函数却没有提供相应的
freeShared函数，建议你让他走人! 不然迟早会出问题的。如果void* p = mallocShared(sizeof(A)); 语句不
是在这里调用的，你既不能使用delete p,也不能使用freeShared(p)，或者其他一切释放资源的函数。不是你
分配的资源你无权释放。当然你对整个程序把握得比较好，一切尽在你控制中，而你又和别人有协议由你来释
放的情况除外。
