operator new与operator delete函数

new和delete是用户进行动态内存申请和释放的操作符，operator new 和operator delete是系统提供的全局函数，new在底层调用operator new全局函数来申请空间，delete在底层通过operator delete全局函数来释放空间。

/*
operator new:该函数实际通过malloc来申请空间，当malloc申请空间成功时直接返回;申请空间失败，尝试执行空间不足应对措施，如果改应对措施用户设置了，则继续申请，否则抛异常。
*/
void* __CRTDECL operator new(size_t size) _THROW1(_STD bad_alloc)
{
    // try to allocate size bytes
    void* p;
    while ((p = malloc(size)) == 0)
        if (_callnewh(size) == 0)
        {
            // report no memory
            // 如果申请内存失败了，这里会抛出bad_alloc 类型异常 
            static const std::bad_alloc nomem; 
            _RAISE(nomem);
        }
        
    return (p);
}

/*
operator delete: 该函数最终是通过free来释放空间的 
*/
void operator delete(void* pUserData)
{
    _CrtMemBlockHeader* pHead;
    
    RTCCALLBACK(_RTC_Free_hook, (pUserData, 0));
    if (pUserData == NULL)
        return;
    _mlock(_HEAP_LOCK);  /* block other threads */
    __TRY
    
        /* get a pointer to memory block header */
        pHead = pHdr(pUserData);
        
    	/* verify block type */
    	_ASSERTE(_BLOCK_TYPE_IS_VALID(pHead->nBlockUse));
    	
    	_free_dbg(pUserData, pHead->nBlockUse);
    	
    __FINALLY
        _munlock(_HEAP_LOCK);  /* release other threads */
    __END_TRY_FINALLY
    
    return;
}

/*
free的实现
*/

#define free(p) _free_dbg(p, _NORMAL_BLOCK)

通过上述两个全局函数的实现知道，operator new 实际也是通过malloc来申请空间，如果malloc申请空间成功就直接返回，否则执行用户提供的空间不足应对措施，如果用户提供该措施就继续申请，否则就抛异常。operator delete 最终是通过free来释放空间的。

内置类型

如果申请的是内置类型的空间，new和malloc，delete和free基本类似，不同的地方是:new/delete申请和释放的是单个元素的空间，new[]和delete[]申请的是连续空间，而且new在申请空间失败时会抛异常， malloc会返回NULL。

自定义类型

• new的原理

  1. 调用operator new函数申请空间

  2. 在申请的空间上执行构造函数，完成对象的构造

• delete的原理

  1. 在空间上执行析构函数，完成对象中资源的清理工作

  2. 调用operator delete函数释放对象的空间

• new T[N]的原理

  1. 调用operator new[]函数，在operator new[]中实际调用operator new函数完成N个对象空间的申请

  2. 在申请的空间上执行N次构造函数

• delete[]的原理

  1. 在释放的对象空间上执行N次析构函数，完成N个对象中资源的清理

  2. 调用operator delete[]释放空间，实际在operator delete[]中调用operator delete来释放空间

常见面试题

malloc/free和new/delete的区别

malloc/free和new/delete的共同点是:

都是从堆上申请空间，并且需要用户手动释放。

不同的地方是:

1. malloc和free是函数，new和delete是操作符

2. malloc申请的空间不会初始化，new可以初始化

3. malloc申请空间时，需要手动计算空间大小并传递，new只需在其后跟上空间的类型即可

4. malloc的返回值为void*, 在使用时必须强转，new不需要，因为new后跟的是空间的类型

5. malloc申请空间失败时，返回的是NULL，因此使用时必须判空，new不需要，但是new需要捕获异常

6. 申请自定义类型对象时，malloc/free只会开辟与销毁空间，不会调用构造函数与析构函数，而new在申请空间后会调用构造函数完成对象的初始化，delete在释放空间前会调用析构函数完成空间中资源的清理

7. new/delete比malloc和free的效率稍微低点，因为new/delete的底层封装了malloc/free

请设计一个类，该类只能在堆上创建对象

构造函数私有化

1. 将类的构造函数私有，拷贝构造声明成私有。防止别人调用拷贝在栈上生成对象。

2. 提供一个静态的成员函数，在该静态成员函数中完成堆对象的创建

代码示例：

class HeapOnly
{
public:
    static HeapOnly * CreateObject()
    {      
        return new HeapOnly;
    }
private:
    HeapOnly() 
    {
    }
};

请设计一个类，该类只能在栈上创建对象

代码示例：

class StackOnly
{
public:
    static StackOnly CreateObject()
    {
        return StackOnly();
    }
private:
    StackOnly()
    {
    }
};

只能在栈上创建对象，即不能在堆上创建，因此只要将new的功能屏蔽掉即可，即屏蔽掉operator new和定位new表达式，注意:屏蔽了operator new，实际也是将定位new屏蔽掉。

代码示例：

class StackOnly
{
public:
    StackOnly()  {}
private:
    void* operator new(size_t size);
    void operator delete(void* p);
};