Item 50：為什麼需要自定義new和delete？

Item 50：為什麼需要自定義new和delete？

Item 50: Understand when it makes sense to replace new and delete.

我們在Item 49中介紹了如何自定義new的錯誤處理函數，以及如何為你的類重載operator new。 現在我們回到更基礎的問題，為什麼我們需要自定義operator new或operator delete？

• 檢測使用錯誤。new得到的內存如果沒有delete會導致內存洩露，而多次delete又會引發未定義行為。如果自定義operator new來保存動態內存的地址列表，在delete中判斷內存是否完整，便可以識別使用錯誤，避免程序崩潰的同時還可以記錄這些錯誤使用的日志。
• 提高效率。全局的new和delete被設計為通用目的（general purpose）的使用方式，通過提供自定義的new，我們可以手動維護更適合應用場景的存儲策略。
• 收集使用信息。在繼續自定義new之前，你可能需要先自定義一個new來收集地址分配信息，比如動態內存塊大小是怎樣分布的？分配和回收是先進先出FIFO還是後進先出LIFO？
• 實現非常規的行為。比如考慮到安全，operator new把新申請的內存全部初始化為0.
• 其他原因，比如抵消平台相關的字節對齊，將相關的對象放在一起等等。

  自定義一個operator new很容易的，比如實現一個支持越界檢查的new：

  static const int signature = 0xDEADBEEF;    // 邊界符
  typedef unsigned char Byte; 
  
  void* operator new(std::size_t size) throw(std::bad_alloc) {
      // 多申請一些內存來存放占位符 
      size_t realSize = size + 2 * sizeof(int); 
  
      // 申請內存
      void *pMem = malloc(realSize);
      if (!pMem) throw bad_alloc(); 
  
      // 寫入邊界符
      *(reinterpret_cast(static_cast(pMem)+realSize-sizeof(int))) 
          = *(static_cast(pMem)) = signature;
  
      // 返回真正的內存區域
      return static_cast(pMem) + sizeof(int);
  }
  

  其實上述代碼是有一些瑕疵的：

  • Item 49提到operator new應當不斷地調用new handler，上述代碼中沒有遵循這個慣例；
  • 有些體系結構下，不同的類型被要求放在對應的內存位置。比如double的起始地址應當是8的整數倍，int的起始地址應當是4的整數倍。上述代碼可能會引起運行時硬件錯誤。
  • 起始地址對齊。C++要求動態內存的起始地址對所有類型都是字節對齊的，new和malloc都遵循這一點，然而我們返回的地址偏移了一個int。

    到此為止你已經看到了，實現一個operator new很容易，但實現一個好的operator new卻很難。其實我們還有別的選擇：比如去讀編譯器文檔、內存管理的商業工具、開源內存管理工具等。