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new operator#xff08;new操作#xff09;
new类对象时加不加括号的差别
new工作任务
delete工作任务
new和delete 堆区空间操作#xff08;对比malloc和free#xff09;
new和delete操作基本类型的空间
new和delete操作基本类型的数组
new和delete操作类的…目录
new operatornew操作
new类对象时加不加括号的差别
new工作任务
delete工作任务
new和delete 堆区空间操作对比malloc和free
new和delete操作基本类型的空间
new和delete操作基本类型的数组
new和delete操作类的空间
new和delete操作对象数组
new内存分配细节探秘
为什么要尽可能少的调用malloc
new和delete的重载
为什么要重载 new
监测内存创建销毁统计和监控泄漏
内存对齐的处理
特定应用多进程内存共享
重载全局的 new 和 delete
在全局new和delete中添加定制行为
重载类的操作符 new 和 delete
类new和delete操作符重载基础
对齐的内存分配
共享内存的分配
定位newplacement new
功能
使用placement new
placement new对象的销毁
placement new的应用
硬件编程
实现基础库
多种版本的operator new重载 new operatornew操作
new类对象时加不加括号的差别
A *pa new A;//有无构造函数初始化为垃圾值A *pa2 new A();//无构造函数初始化为0有构造函数为垃圾值
在g中默认初始化成员变量为0而A *pa2 new A(5)初始化成员变量为5
#include iostream
using namespace std;class A
{
public:int m_num;public:A(){};A(int num) : m_num(num){cout construct endl;}~A(){cout disconstruct endl;};
};int main(int argc, char const *argv[])
{A *pa new A;A *pa2 new A();A *pa3 new A(5);cout pa-m_num pa-m_num endl;cout pa2-m_num pa2-m_num endl;cout pa3-m_num pa3-m_num endl;delete pa;delete pa2;delete pa3;return 0;
}运行结果 new工作任务
调用operator new()--malloc
调用了分配对象的构造函数
delete工作任务
调用了分配对象的析构函数
调用operator delete()--free
new和delete 堆区空间操作对比malloc和free
new和delete操作基本类型的空间
new和malloc delete和free 没有区别 区别
new 不用强制类型转换
new在申请空间的时候可以 初始化空间内容
new和delete操作基本类型的数组 new和delete操作类的空间
malloc不会调用构造函数 free不会调用析构函数
new 会调用构造函数 delete调用析构函数 new调用有参构造 new和delete操作对象数组 new内存分配细节探秘
new分配内存实际是调用malloc函数进行内存分配思考delete/free是如何知道要释放多大的内存 分配内存时为了记录和管理分配出去的内存额外多分配了不少内存造成了浪费尤其是你频繁的申请小块内存时造成的浪费更明显更严重实际分配情况 为什么要尽可能少的调用malloc
内存开销: 每次调用 malloc 都会引入额外的内存开销包括内存分配表、堆管理等数据结构这些开销可能会在大量小型分配时累积并消耗大量内存。
内存泄漏风险: 使用 malloc 分配内存后需要负责在不再使用内存时释放它。如果你频繁地调用 malloc则需要管理和追踪许多不同的内存分配容易出现内存泄漏问题导致程序在运行时逐渐耗尽内存。
性能开销: 内存分配和释放是相对较慢的操作涉及到内部数据结构的维护、内存搜索等操作。频繁调用 malloc 可能会导致性能下降特别是在大规模数据处理或高性能计算应用中。
碎片化: 频繁分配和释放小块内存可能导致内存碎片化即使系统总内存充足也可能由于碎片化问题无法满足大块内存分配的需求。
为了减少 malloc 调用的次数可以考虑以下方法
使用栈内存: 对于小型临时变量可以使用栈内存而不是堆内存因为栈内存的分配和释放非常快速。但要注意栈内存的生命周期通常较短。
池化: 如果需要频繁创建和销毁对象可以使用内存池技术通过一次性分配一大块内存并自行管理对象的分配和释放。
缓存: 对于某些可复用对象可以使用缓存来避免频繁分配和释放内存。这在对象池等场景中很有用。
避免不必要的动态分配: 如果可以在编译时确定数组或数据结构的大小可以使用栈数组或静态分配来避免动态分配。
new和delete的重载
为什么要重载 new
监测内存创建销毁统计和监控泄漏
在C中内存管理是开发者的一项重要责任也是容易出错的地方。开发者可能会遗忘释放已分配的内存导致内存泄漏。重载new和delete可以帮助开发者更好地追踪和管理内存分配。通过在重载的new和delete操作符中插入日志或者调试语句开发者可以监测和记录所有内存分配和释放的情况从而检测内存泄漏。
例如以下的代码展示了如何重载new和delete操作符来监测和追踪内存分配
void* operator new(size_t size) {void* p malloc(size);std::cout Allocated size bytes at address p std::endl;return p;
}void operator delete(void* p) {std::cout Deallocated memory at address p std::endl;free(p);
}内存对齐的处理
在一些硬件平台和操作系统上为了实现最优性能数据需要按照某种特定的边界对齐。如果没有对齐可能会导致性能下降甚至运行错误。通过重载new和delete我们可以为特定的类实现定制的内存对齐方式。
下面的代码演示了如何重载new和delete操作符来实现内存对齐
class Aligned {
public:static void* operator new(std::size_t size) {void* p std::aligned_alloc(alignof(Aligned), size);if (!p) {throw std::bad_alloc();}return p;}static void operator delete(void* p) {std::free(p);}
};特定应用多进程内存共享
在某些情况下多个进程可能需要访问同一块内存区域。在这种情况下可以通过重载new和delete操作符实现在共享内存区域中分配和释放对象。
例如以下的代码展示了如何通过重载new和delete来在共享内存中分配和释放对象
// 假设SharedMemoryManager是一个用于管理共享内存的类
class SharedMemoryManager {
public:void* allocate(size_t size);void deallocate(void* p);
};class SharedMemoryObject {
public:void* operator new(size_t size) {return SharedMemoryManager::allocate(size);}void operator delete(void* p) {SharedMemoryManager::deallocate(p);}
};在以上的例子中SharedMemoryObject类的对象将会被分配在共享内存中从而可以被多个进程访问。
重载全局的 new 和 delete
全局的new和delete操作符可被重载以满足特定的需求比如定制内存管理策略或者为内存分配和释放添加自定义行为。要注意这些全局重载将影响到整个程序的范围包括标准库的容器等所以在实践中应谨慎使用。
void* operator new(size_t size) {// ... 实现代码
}void operator delete(void* p) {// ... 实现代码
}operator new需要返回一个足够大可以容纳请求内存大小的指针。如果内存分配失败需要抛出std::bad_alloc异常。operator delete需要释放传入的指针指向的内存。
在全局new和delete中添加定制行为
下面的代码将在全局的new和delete操作符中添加一些定制的行为。在分配和释放内存时我们会打印一些信息到控制台以便于跟踪内存的使用情况
#include cstdlib
#include iostreamvoid* operator new(size_t size) {void* p std::malloc(size);if (!p) {throw std::bad_alloc();}std::cout Allocated size bytes at address p std::endl;return p;
}void operator delete(void* p) {std::cout Deallocated memory at address p std::endl;std::free(p);
}以上代码演示了如何在全局的new和delete操作符中添加自定义的行为。这种方式在实际开发中可以帮助我们更好地理解和跟踪内存的使用情况。不过请注意添加过多的日志可能会对性能产生影响所以在生产环境中通常不会添加过多的日志信息。
重载类的操作符 new 和 delete
对类的new和delete操作符进行重载允许我们为该类的对象提供定制的内存管理策略。这对于需要进行特殊内存管理的类来说特别有用例如需要在共享内存中创建的对象或者需要进行特殊对齐的对象。
类new和delete操作符重载基础
对类的new和delete操作符进行重载的基本形式如下
class MyClass {
public:static void* operator new(std::size_t size);static void operator delete(void* p);
};operator new需要返回一个足够大可以容纳请求内存大小的指针。如果内存分配失败需要抛出std::bad_alloc异常。operator delete需要释放传入的指针指向的内存。
对齐的内存分配
假设我们有一个需要8字节对齐的类我们可以通过重载new和delete操作符来满足这个要求
#include cstdlib
#include newclass Aligned {
public:static void* operator new(std::size_t size) {void* p std::aligned_alloc(8, size);if (!p) {throw std::bad_alloc();}return p;}static void operator delete(void* p) {std::free(p);}
};在这个例子中我们使用了std::aligned_alloc函数来进行对齐的内存分配。如果分配失败我们抛出std::bad_alloc异常。在operator delete中我们简单地调用std::free来释放内存。
共享内存的分配
假设我们有一个需要在共享内存中创建的对象我们可以通过重载new和delete操作符来实现
// 假设SharedMemoryManager是一个用于管理共享内存的类
class SharedMemoryManager {
public:static void* allocate(std::size_t size);static void deallocate(void* p);
};class SharedMemoryObject {
public:static void* operator new(std::size_t size) {return SharedMemoryManager::allocate(size);}static void operator delete(void* p) {SharedMemoryManager::deallocate(p);}
};在这个例子中SharedMemoryObject类的对象将会在共享内存中创建和销毁。这允许我们在多个进程间共享这些对象。
定位newplacement new
放置new (placement new) 是一个特殊版本的new操作符它允许程序员将对象创建在已经分配的内存上。换句话说它允许我们放置一个新的对象在我们指定的、已经存在的内存位置上。
功能
在已经分配的原始内存中初始化一个对象
已经分配定位new并不分配内存你需要提前将这个定位new要使用的内存分配出来初始化一个对象初始化一个对象的内存调用这个对象的构造函数不再分配内存
使用placement new
在普通的new操作中首先会申请一块足够的内存然后在这块内存上构造对象。但是在placement new中内存必须已经存在它只负责在指定的内存上构造对象。以下是一个使用placement new的例子
#include new // 需要包含这个头文件来使用placement newchar buffer[1024]; // 预分配的内存int* p new (buffer) int(123); // 在buffer上放置一个int对象对于类placement new最好在我们需要使用的类中重载否则在类外重载会影响到其它类型分配空间
#include iostream
using namespace std;void *operator new(size_t size)
{void *p malloc(size);std::cout Allocated size bytes at address p std::endl;return p;
}void operator delete(void *p)
{std::cout Deallocated memory at address p std::endl;free(p);
}class A
{
public:int m_num;public:A(){coutdefault constructendl;};A(int num) : m_num(num){cout construct endl;}~A(){cout disconstruct endl;};void *operator new(size_t size, void *p){cout placement new endl;return p;}
};int main(int argc, char const *argv[])
{void *p (void *)new char[sizeof(A)];A *pa new (p) A();pa-m_num 5;cout *((int *)p) endl;delete pa;return 0;
}placement new对象的销毁
由于placement new仅仅在已经分配的内存上创建对象而不会分配内存所以当不再需要这个对象时我们需要手动调用该对象的析构函数来销毁对象
p-~int(); // 手动调用析构函数
需要注意的是这里只销毁了对象但并没有释放内存。内存的释放需要根据实际的情况来处理。例如如果这块内存是在栈上分配的那么当退出作用域时会自动释放如果是在堆上分配的那么可能需要手动释放。
placement new的应用
placement new的一个主要应用是当我们需要在特定的位置创建对象时比如在已分配的堆内存上或者在栈内存上甚至在硬件指定的特定内存地址上。
此外placement new也常用于实现自定义的内存池内存池可以减少动态分配和释放内存带来的开销。我们可以预先分配一大块内存然后通过placement new在这块内存上创建对象从而提高内存使用的效率。
硬件编程
如果知道了硬件设备的地址,想要将那个硬件设备与一个C类直接关联,那么定位new就非常有效了
通过将placement new可以将C的类之间关联到硬件设备上操作该对象就相当于操作硬件
如下面程序所示假如操作STM32的GPIOB-GPIO_Pin1假设GPIO_Pin1的存储器映射地址为0x00005600。由于类A的对象pa的地址就是对象pa内首个字段m_num的地址因此操作m_num就相当于操作地址0x00005600。
#include iostream
using namespace std;class A
{
public:int m_num;public:A(){};A(int num) : m_num(num){cout construct endl;}~A(){cout disconstruct endl;};
};int main(int argc, char const *argv[])
{//访问硬件将C的类之间关联到硬件设备上操作该对象就相当于操作硬件//单片机/STM32/ARM9操作硬件的物理地址就相等于操作该硬件//GPIOB-GPIO_Pin1void *p (void*)0x00005600;A *pa new(p) A();pa-m_num 1;//拉高电平pa-m_num 0;//拉低电平return 0;
}实现基础库
基础库一般为了效率要先预分配内存,然后在预分配的内存上执行构造,几乎所有的C容器都用到了定位new
多种版本的operator new重载
优先级内部new、全局new
可以重载很多版本的operator new只要每个版本参数不同就行但是第一个参数是固定的都是size_t表示要new对象的sizeof值
