new和delete導致的內存分配問題詳解

2019-11-17 05:18:59

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供稿：網友

　　在嵌入式系統中使用C++的一個常見問題是內存分配，即對new 和 delete 操作符的失控。

　　具有諷刺意味的是，問題的根源卻是C++對內存的治理非常的輕易而且安全。具體地說，當一個對象被消除時，它的析構函數能夠安全的釋放所分配的內存。這當然是個好事情，但是這種使用的簡單性使得程序員們過度使用new 和 delete，而不注重在嵌入式C++環境中的因果關系。并且，在嵌入式系統中，由于內存的限制，頻繁的動態分配不定大小的內存會引起很大的問題以及堆破碎的風險。

　　作為忠告，保守的使用內存分配是嵌入式環境中的第一原則。

　　但當你必須要使用new 和delete時，你不得不控制C++中的內存分配。你需要用一個全局的new 和delete來代替系統的內存分配符，并且一個類一個類的重載new 和delete。

　　一個防止堆破碎的通用方法是從不同固定大小的內存持中分配不同類型的對象。對每個類重載new 和delete就提供了這樣的控制。

　　重載全局的new 和delete 操作符

　　可以很輕易地重載new 和 delete 操作符，如下所示:

void * Operator new(size_t size)
{
　void *p = malloc(size);
　return (p);
}
void operator delete(void *p);
{
　free(p);
}
　　這段代碼可以代替默認的操作符來滿足內存分配的請求。出于解釋C++的目的，我們也可以直接調用malloc() 和free()。

　　也可以對單個類的new 和 delete 操作符重載。這是你能靈活的控制對象的內存分配。

class TestClass {
　public:
　　void * operator new(size_t size);
　　void operator delete(void *p);
　　// .. other members here ...
};

void *TestClass::operator new(size_t size)
{
　void *p = malloc(size); // Replace this with alternative allocator
　return (p);
}
void TestClass::operator delete(void *p)
{
　free(p); // Replace this with alternative de-allocator
}
　　所有TestClass 對象的內存分配都采用這段代碼。更進一步，任何從TestClass 繼續的類也都采用這一方式，除非它自己也重載了new 和 delete 操作符。通過重載new 和 delete 操作符的方法，你可以自由地采用不同的分配策略，從不同的內存池中分配不同的類對象。

　　為單個的類重載 new[ ] 和 delete[ ] 必須小心對象數組的分配。你可能希望調用到被你重載過的new 和 delete 操作符，但并不如此。內存的請求被定向到全局的new[ ]和delete[ ] 操作符，而這些內存來自于系統堆。

　　C++將對象數組的內存分配作為一個單獨的操作，而不同于單個對象的內存分配。為了改變這種方式，你同樣需要重載new[ ] 和 delete[ ]操作符。

class TestClass {
　public:
　　void * operator new[ ](size_t size);
　　void operator delete[ ](void *p);
　　// .. other members here ..
};
void *TestClass::operator new[ ](size_t size)
{
　void *p = malloc(size);
　return (p);
}
void TestClass::operator delete[ ](void *p)
{
　free(p);
}
int main(void)
{
　TestClass *p = new TestClass[10];

　// ... etc ...

　delete[ ] p;
}
　　但是注重：對于多數C++的實現，new[]操作符中的個數參數是數組的大小加上額外的存儲對象數目的一些字節。在你的內存分配機制重要考慮的這一點。你應該盡量避免分配對象數組，從而使你的內存分配策略簡單。

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