Placement new和operator new

new（也称作new operator）、operator new、placement new。看如下代码：

class MyClass {...};
MyClass *p = new MyClass; 

这里的new是上述三个关键字中的第一个，成为new操作符。实际上它执行如下3个过程：

1. 调用operator new分配内存

2. 调用构造函数生成类对象

3. 返回相应指针
placement new 是重载operator new的一个标准、全局的版本。它不能被自定义的版本代替（不像普通的operator new和operator delete能够被替换成用户自定义的版本）。它的原型如下：

void *operator new(size_t,void *p) throw()
{ 
  return p;
}

new和delete操作符我们应该都用过，它们是对堆中的内存进行申请和释放，而这两个都是不能被重载的。要实现不同的内存分配行为，需要重载operator new和operator delete，而不是new和delete。

operator new就像operator+一样，是可以重载的。但是不能在全局对原型为void operator new(size_t size)这个原型进行重载，一般只能在类中进行重载。如果类中没有重载operator new，那么调用的就是全局的::operator new来完成堆的分配。同理，operator new[]、operator delete、operator delete[]也是可以重载的。

 

Placement new 存在的理由

1.用placement new 解决buffer的问题

问题描述：用new分配的数组缓冲时，由于调用了默认构造函数，因此执行效率上不佳。若没有默认构造函数则会发生编译时错误。如果你想在预分配的内存上创建对象，用缺省的new操作符是行不通的。要解决这个问题，你可以用placement new构造。它允许你构造一个新对象到预分配的内存上。

2.增大时空效率的问题

我们知道使用new操作符分配内存需要在堆中查找足够大的剩余空间，这个操作速度是很慢的，而且有可能出现无法分配内存的异常（空间不够）。placement new就可以解决这个问题。我们构造对象都是在一个预先准备好了的内存缓冲区中进行，不需要查找内存，内存分配的时间是常数。而且不会出现在程序运行中途出现内存不足的异常。所以，placement new非常适合那些对时间要求比较高，长时间运行不希望被打断的应用程序。 placement new使用方法如下：

1. 缓冲区提前分配，可以使用堆的空间，也可以使用栈的空间。所以分配方式有如下两种：

class MyClass
{…}; 
char *buf=new char[N*sizeof(MyClass)+sizeof(int)];//内部类型new operator没有构造
char buf[N*sizeof(MyClass)+sizeof(int)];

2. 对象的构造

MyClass *pClass=new(buf)MyClass; //使用placement new

3. 对象的销毁
一旦这个对象使用完毕，你必须显式的调用类的析构函数进行销毁对象。但此时内存空间不会被释放，以便其他的对象的构造。

pClass->~MyClass();

4. 内存的释放
如果缓冲区在堆中，那么调用delete[] buf 进行内存的释放（内部类型delete不析构）。如果在栈中，那么在其作用域内有效，跳出作用域，内存自动释放。
另外：
在C++标准中，对于placement operator new []有如下的说明： placement operator new[] needs implementation-defined amount of additional storage to save a size of array。所以我们必须申请比原始对象大小多出sizeof(int)个字节来存放对象的个数，或者说数组的大小。

测试代码：

#include<iostream>
#include<string>
#include <new>
using namespace std;

class X
{
public:
 X() {cout<<"constructor of X"<<endl;}
 ~X() {cout<<"destructor of X"<<endl;}
 void *operator new(size_t, void *p)
 {
  return p;
 }
 void operator delete(void*p, void *)
 {
    ::operator delete(p);
 }

 void* operator new(size_t size,string str)
 {
   cout<<"operator new size "<<size<<" withstring "<<str<<endl;
   return ::operator new(size);
 }
 //为了防止palacement new内存泄漏
 //我们需同时提供一个正常的operator delete供delete使用
 //和一个placement版本(用于构造期间有异常被抛出)
 //而且placement版本的额外参数必须和operator new一样
 //effective c++ item52  20200415
 void operator delete(void* pointee, string str) throw()
 {
   cout<<"placement delete"<<endl;
   ::operator delete(pointee);
 }
 void operator delete(void* pointee) throw()
 {
   cout<<"operator delete"<<endl;
   ::operator delete(pointee);
 }
private:
 int num;
};

int main()
{
  X *px=new("A new class") X;
  delete px;
  cout << "-------------" << endl;
  px=(X *)operator new(sizeof(X));
  px = ::new(px)X;  //当重载了opreate new，调用全局placement new 要指定全局作用域 20200415
  delete px;
  return 0;
}

执行结果：

operator new size 4 withstring A new class
constructor of X
destructor of X
operator delete
-------------
constructor of X
destructor of X
operator delete