Item 50:为什么需要自定义new和delete? Effective C++笔记

C++ 动态内存 内存 字节对齐

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

我们在Item 49中介绍了如何自定义new的错误处理函数,以及如何为你的类重载operator new。 现在我们回到更基础的问题,为什么我们需要自定义operator newoperator delete

  • 检测使用错误。new得到的内存如果没有delete会导致内存泄露,而多次delete又会引发未定义行为。如果自定义operator new来保存动态内存的地址列表,在delete中判断内存是否完整,便可以识别使用错误,避免程序崩溃的同时还可以记录这些错误使用的日志。
  • 提高效率。全局的newdelete被设计为通用目的(general purpose)的使用方式,通过提供自定义的new,我们可以手动维护更适合应用场景的存储策略。
  • 收集使用信息。在继续自定义new之前,你可能需要先自定义一个new来收集地址分配信息,比如动态内存块大小是怎样分布的?分配和回收是先进先出FIFO还是后进先出LIFO?
  • 实现非常规的行为。比如考虑到安全,operator new把新申请的内存全部初始化为0.
  • 其他原因,比如抵消平台相关的字节对齐,将相关的对象放在一起等等。

自定义一个operator new很容易的,比如实现一个支持越界检查的new

static const int signature = 0xDEADBEEF;    // 边界符
typedef unsigned char Byte; 

void* operator new(std::size_t size) throw(std::bad_alloc) {
    // 多申请一些内存来存放占位符 
    size_t realSize = size + 2 * sizeof(int); 

    // 申请内存
    void *pMem = malloc(realSize);
    if (!pMem) throw bad_alloc(); 

    // 写入边界符
    *(reinterpret_cast<int*>(static_cast<Byte*>(pMem)+realSize-sizeof(int))) 
        = *(static_cast<int*>(pMem)) = signature;

    // 返回真正的内存区域
    return static_cast<Byte*>(pMem) + sizeof(int);
}

其实上述代码是有一些瑕疵的:

  • Item 49提到operator new应当不断地调用new handler,上述代码中没有遵循这个惯例;
  • 有些体系结构下,不同的类型被要求放在对应的内存位置。比如double的起始地址应当是8的整数倍,int的起始地址应当是4的整数倍。上述代码可能会引起运行时硬件错误。
  • 起始地址对齐。C++要求动态内存的起始地址对所有类型都是字节对齐的,newmalloc都遵循这一点,然而我们返回的地址偏移了一个int

到此为止你已经看到了,实现一个operator new很容易,但实现一个好的operator new却很难。其实我们还有别的选择:比如去读编译器文档、内存管理的商业工具、开源内存管理工具等。

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