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侯捷 | C++ | 内存管理 | 学习笔记（一）

第一章节 primitives

重点：技术的演进

new delete针对一个对象->static alloctor针对一个类->globa allocator针对一个标准库，里面有16个链表（static alloctor只有一个链表）

本部分介绍到static alloctor

在C++内存分配当中分为四个阶层：

1.调用容器
  2.使用new关键词
  3.直接调用malloc和free
  4.调用与系统绑定的内存分配函数

这四个阶层有层层包含的关系：

从::operateor new()开始，可以进行重载。同理，delete也可以进行重载。

new会调用operator new，然后operator new调用malloc进行内存分配

在第四个，你可以自己设计一个分配器搭配一个容器。

一、new()和delete()

1. new()

new关键词相当于进行两个步骤：

1.调用operator new，分配所创建对象需要的内存（其内部就是对malloc()的封装）
  2.调用对象的构造函数

如果某个步骤发生错误，则抛出异常。

注意：在一些版本中，只有编译器可以直接调用构造函数，如果在程序中自己调用则会出错。

A* pA = new A(1);//正确pA->A::A(3);//错误A::A(5);//错误

2.delete()

相应的，delete关键词也相当于两个步骤：

1.先对需要delete的对象进行析构，调用其析构函数
  2.再释放该对象所使用的内存空间（内部是封装了free()函数）

3.new[ ]和delete[ ]

  使用new[ ]时，顺序分配对象所需空间，指针指向第一个内存空间，但不调用构造函数进行初始化（如果对象内不包含指针成员则无影响，包含则有影响）,后续可以通过指针对各个对象进行初始化。同时在空间开头会有一个cookie，记录了这个空间共有几个对象。
  使用delete[ ]时会读取cookie，倒序析构对象，并释放对应的空间；如果直接使用delete则不会读取cookie，会导致空间错位，程序报错，所以new[ ]必须要跟delet[]对应。

4.placement new

  形式就相当于new ( p ) ,是将一块已经分配好了的内存用于构建对象，new则是当场分配一块内存用于构建对象，并没有特定的placement delete。

其中buf是已经分配好的内存

上面第二行这一行会被编译器解释为这三行

1.给一块已经分配好的内存，这一步其实什么都不会做，因为内存已经分配好了

2.转型

3.调用对象的构造函数

其实就相当于调用了一次构造函数

二、重载

1.new()和delete()

new()表达式本身不可重载，表示operator new()，但operator new()可以重载，分为全局和类内，通常重载类内的。

  类内对operator new()和operator delete()进行重载，operator new()重载的第一参数必须是size_t，其大小足以保证存储内存中对象的大小，否则将抛出异常。

  如果在创建对象时，直接调用new()和delete()，则调用的是类内重载的new()和delete()，是编译器调用的，并且重载的new和delete这两个函数一定得是静态的，因为调用的时候还没有实例对象

  如果调用::new()和::delete()，则调用的是全局的new()和delete()

  注意：

这里说的是placement operator delete不是operator delete

前者是下图说的抛异常的时候用，后者是和operator new配对的

很好的例子：

这是我们平常用的string，它的new会多出来一个extra，所以要重载

2.allocator()和deallocator()

进行类内operator new()和operator delete()的重载，主要是为了减少::operator new()和::operator delete()的调用。因为::operator new()是对malloc()适配，每调用一次malloc(),就会产生头尾两个cookie共8个字节，既造成了空间浪费，速度上也更慢。

但对每一个不同的类进行重载，并且每次重载的内容都差不多，会造成大量重复劳动，会有很多的重复代码，所以设计一个概念把之前重载中共同的部分抽象出来，作为一个类来使用，即为allocator()和deallocator()。

设计一个allocator的类，在类里面定义allocator()和deallocator()。allocator()使用内存池模式，每次申请一大块内存，然后将这块内存切割小块，大小等同于对象的大小，并串成一个链表。这样只有在申请一大块内存的时候会调用malloc()，生成两个cookie，创建对象时不使用malloc()，而是从链表中取出一块分给对象，调用deallocator()也不将释放的内存free()给系统，而且将这块内存重新插入链表顶端。

重载operator new和delete的版本

测试结果会有cookie的空间占用

现在这样就不需要上面又是struct又是union的

static allocator（用allocator的版本）

对象需要重载new和delete时，直接在类内创建一个allocator对象，调用allocator的类方法，即上面那张图。

使用static使得每个类有一个自己的内存池，进行内存管理，而不是一个对象一个内存池

测试结果没有cookie的空间占用

application class的所有内存分配的细节都让allocator去操心，我们的工作是让application class正常工作

使用宏把重复的代码定义一下来使用的版本

测试结果没有cookie的空间占用，和static版本相同

技术的演进

new delete针对一个对象->static alloctor针对一个类->globa allocator针对一个标准库，里面有16个链表（static alloctor只有一个链表）

3.new_handler

在调用内存失败，抛出异常之前，会调用一个由自己设计的一个补救函数，即new_handler()。若new_handler()中没有abort()或者exit()，或者没有让更多内存可用，则会一直调用new_handler()直至满足内存需求。

//调用：
//在main中写
set_new_handler(自己写的补救函数名);

注：

new delete的重载不可以是=default的，但可以是=delete的