深入剖析c++中new的用法

一、c++中new關鍵字的概述

new關鍵字是c++中用來動態地分配內存空間的操作符。使用new運算符可以在程序運行時從堆(heap)中分配內存空間，而delete運算符則可以釋放這些空間。

與傳統的申請棧內存相比，new有以下幾個優點：

1.分配的堆空間大小可以在程序運行時改變，有極大的靈活性；

2.分配的空間可以在程序運行期間多次使用；

3.分配的空間不會隨著函數調用的結束而自動釋放。

二、c++中new的基本用法

c++中new的基本語法是：new typename、new (placement)typename，它們的使用方法分別如下：

//第一種語法，不需要指定放置位置
int *p = new int;
delete p;

//第二種語法中，placement表示分配空間的位置，後接()；
//typename表示要分配空間的類型，可以是任何類型，也可以是帶有參數的構造函數
void *address = malloc(sizeof(int));
int *p = new (address) int;
delete p;

需要注意的是，使用第二種語法時需要保證地址值是「允許的」，即剛好可以存儲T對象。

三、c++中new運算符的直接和替代定位操作

在c++中，new運算符不僅可以用於分配單個對象的內存空間，還可以分配數組和實例化類的內存空間。

1.分配單個對象的內存空間：

//分配單個對象的內存空間
int *p = new int;
*p = 1;
delete p;

2.分配一維數組的內存空間：

//分配一維數組
int *p = new int[10];
for(int i=0; i<10; i++){
    p[i] = i;
}
delete[] p;

3.分配二維數組的內存空間：

//分配二維數組
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;
    }
}
//釋放二維數組
for(int i=0; i<10; i++){
    delete[] p[i];
}
delete[] p;

4.實例化類的內存空間：

//實例化類
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運算符外，還可以使用new替代定位操作符，用於分配一段內存空間，並且不用初始化這些對象。其語法為：new (address) typename[N] 。該操作符主要用於一些需要特殊內存管理的應用中，如用於構造對象池或預分配內存池等。例如：

int* block = new int [100];
// 一次性從block分配內存10個int對象  
int* pointer = new (block) int [10]; 
//獲取只能在該內存塊中使用的指針，指向內存池的開端
int* base_ptr = pointer;

//將指針向前移動1個int的位元組
base_ptr++;
//移動指針指向的位置，操作對象的時候也可以簡化語法
pointer[1] = 20;
//將指針向後移動3個int的位元組
pointer += 3;
pointer[0] = 10;

//隨後在該對象池中使用重新分配內存方式來動態構造更多對象。
//這裡不再推薦使用new替代定位操作符
delete[] block;

四、c++中new運算符性能的提升

c++中，頻繁的使用malloc和free會嚴重影響程序的性能，而new和delete的效率要高得多。一個常見的做法是使用定長內存池，利用new在堆中分配一段內存，然後在內存上以小塊形式對外分配，這樣能同時保證內存使用的效率和堆空間的不浪費。實現方法如下：

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(){
    //利用重載的new和c++容器實現整形數組的分配和銷毀
    vector<int, allocator > a;
    for(int i=0; i<10; i++){
        a.push_back(i);
    }
    system("pause");
    return 0;
}

五、c++中new運算符的使用要點

使用new運算符時應注意以下幾個問題：

1.使用new分配內存後，需要手動釋放內存，否則會造成內存泄漏；

2.使用new分配內存時，必須保證內存空間足夠，否則會造成內存溢出；

3.在使用new分配內存後，需要在不再使用時立即釋放內存，否則可能導致系統資源緊張；

4.new運算符無法保證線程安全性，因此在多線程環境下使用需要手動管理。

以上是c++中new的用法介紹，希望對讀者有所幫助。