深入剖析c++中new的用法

一、c++中new关键字的概述

new关键字是c++中用来动态地分配内存空间的操作符。使用new运算符可以在程序运行时从堆(heap)中分配内存空间，而delete运算符则可以释放这些空间。

与传统的申请栈内存相比，new有以下几个优点：

1.分配的堆空间大小可以在程序运行时改变，有极大的灵活性；

2.分配的空间可以在程序运行期间多次使用；

3.分配的空间不会随着函数调用的结束而自动释放。

二、c++中new的基本用法

c++中new的基本语法是：new typename、new (placement)typename，它们的使用方法分别如下：

//第一种语法，不需要指定放置位置
int *p = new int;
delete p;

//第二种语法中，placement表示分配空间的位置，后接()；
//typename表示要分配空间的类型，可以是任何类型，也可以是带有参数的构造函数
void *address = malloc(sizeof(int));
int *p = new (address) int;
delete p;

需要注意的是，使用第二种语法时需要保证地址值是“允许的”，即刚好可以存储T对象。

三、c++中new运算符的直接和替代定位操作

在c++中，new运算符不仅可以用于分配单个对象的内存空间，还可以分配数组和实例化类的内存空间。

1.分配单个对象的内存空间：

//分配单个对象的内存空间
int *p = new int;
*p = 1;
delete p;

2.分配一维数组的内存空间：

//分配一维数组
int *p = new int[10];
for(int i=0; i<10; i++){
    p[i] = i;
}
delete[] p;

3.分配二维数组的内存空间：

//分配二维数组
int **p = new int*[10];
for(int i=0; i<10; i++){
    p[i] = new int[10];
    for(int j=0; j<10; j++){
        p[i][j] = i*j;
    }
}
//释放二维数组
for(int i=0; i<10; i++){
    delete[] p[i];
}
delete[] p;

4.实例化类的内存空间：

//实例化类
class Person{
public:
    int age;
    string name;
    Person(int _age, string _name): age(_age), name(_name){}
};
Person *p = new Person(18, "Tom");
cout<age<<endl;
cout<name<<endl;
delete p;

除了直接使用new运算符外，还可以使用new替代定位操作符，用于分配一段内存空间，并且不用初始化这些对象。其语法为：new (address) typename[N] 。该操作符主要用于一些需要特殊内存管理的应用中，如用于构造对象池或预分配内存池等。例如：

int* block = new int [100];
// 一次性从block分配内存10个int对象  
int* pointer = new (block) int [10]; 
//获取只能在该内存块中使用的指针，指向内存池的开端
int* base_ptr = pointer;

//将指针向前移动1个int的字节
base_ptr++;
//移动指针指向的位置，操作对象的时候也可以简化语法
pointer[1] = 20;
//将指针向后移动3个int的字节
pointer += 3;
pointer[0] = 10;

//随后在该对象池中使用重新分配内存方式来动态构造更多对象。
//这里不再推荐使用new替代定位操作符
delete[] block;

四、c++中new运算符性能的提升

c++中，频繁的使用malloc和free会严重影响程序的性能，而new和delete的效率要高得多。一个常见的做法是使用定长内存池，利用new在堆中分配一段内存，然后在内存上以小块形式对外分配，这样能同时保证内存使用的效率和堆空间的不浪费。实现方法如下：

class MemoryPoll{
public:
    MemoryPoll(int blocksize = 1024);
    ~MemoryPoll();
    void* allocate();
    void free(void* block);
private:
    MemoryPoll(const MemoryPoll&);
    MemoryPoll& operator = (const MemoryPoll &);
    void expand_();

    int blocksize_;
    char *pool_start_;
    char *pool_end_;
    char *free_start_;
};
MemoryPoll::MemoryPoll(int blocksize){
    blocksize_ = blocksize;
    pool_start_ = new char[blocksize_];
    pool_end_ = pool_start_ + blocksize_;
    free_start_ = pool_start_;
}
MemoryPoll::~MemoryPoll(){
    delete[] pool_start_;
}
void* MemoryPoll::allocate(){
    if (free_start_==pool_end_) { expand_(); }
    void* result = free_start_;
    free_start_ += sizeof(int);
    return result;
}
void MemoryPoll::free(void* block){
    *(reinterpret_cast(block)) = *(int*)pool_start_;
    *(int*)pool_start_ = (int)block;
}
void MemoryPoll::expand_(){
    int head = (int)blocksize_;
    pool_start_ = new char[head + blocksize_];
    pool_end_ = pool_start_ + blocksize_;
    *(int*)pool_start_ = head;
    free_start_ = pool_start_ + head;
}
MemoryPoll mp;
void* operator new(size_t size){
    return mp.allocate();
}
void operator delete (void* ptr, size_t size){
    mp.free(ptr);
}
int main(){
    //利用重载的new和c++容器实现整形数组的分配和销毁
    vector<int, allocator > a;
    for(int i=0; i<10; i++){
        a.push_back(i);
    }
    system("pause");
    return 0;
}

五、c++中new运算符的使用要点

使用new运算符时应注意以下几个问题：

1.使用new分配内存后，需要手动释放内存，否则会造成内存泄漏；

2.使用new分配内存时，必须保证内存空间足够，否则会造成内存溢出；

3.在使用new分配内存后，需要在不再使用时立即释放内存，否则可能导致系统资源紧张；

4.new运算符无法保证线程安全性，因此在多线程环境下使用需要手动管理。

以上是c++中new的用法介绍，希望对读者有所帮助。