C++ 內存分配(new，operator new)詳解

參考：C++ 內存分配(new，operator new)詳解

如何限制對象只能創建在堆上或者棧上

new運算符和operator new()

new：指咱們在C++裏一般用到的運算符，好比A* a = new A;  對於new來講，有new和::new之分，前者位於std

operator new()：指對new的重載形式，它是一個函數，並非運算符。對於operator new來講，分爲全局重載和類重載，全局重載是void* ::operator new(size_t size)，在類中重載形式 void* A::operator new(size_t size)。還要注意的是這裏的operator new()完成的操做通常只是分配內存，事實上系統默認的全局::operator new(size_t size)也只是調用malloc分配內存，而且返回一個void*指針。而構造函數的調用(若是須要)是在new運算符中完成的

new和operator new之間的關係

A* a = new A；咱們知道這裏分爲兩步： 1.分配內存，2.調用A()構造對象。事實上，分配內存這一操做就是由operator new(size_t)來完成的，若是類A重載了operator new，那麼將調用A::operator new(size_t )，若是沒有重載，就調用::operator new(size_t )，全局new操做符由C++默認提供。所以前面的兩步也就是： 1.調用operator new 2.調用構造函數。

（1）new ：不能被重載，其行爲老是一致的。它先調用operator new分配內存，而後調用構造函數初始化那段內存。

new 操做符的執行過程：
1. 調用operator new分配內存 ；
2. 調用構造函數生成類對象；
3. 返回相應指針。

（2）operator new：要實現不一樣的內存分配行爲，應該重載operator new，而不是new。

operator new就像operator + 同樣，是能夠重載的。若是類中沒有重載operator new，那麼調用的就是全局的::operator new來完成堆的分配。同理，operator new[]、operator delete、operator delete[]也是能夠重載的。

如何限制對象只能創建在堆上或者棧上

在C++中，類的對象創建分爲兩種，一種是靜態創建，如A a；另外一種是動態創建，如A* ptr=new A；這兩種方式是有區別的。

靜態創建一個類對象，是由編譯器爲對象在棧空間中分配內存，是經過直接移動棧頂指針，挪出適當的空間，而後在這片內存空間上調用構造函數造成一個棧對象。使用這種方法，直接調用類的構造函數。

動態創建類對象，是使用new運算符將對象創建在堆空間中。這個過程分爲兩步，第一步是執行operator new()函數，在堆空間中搜索合適的內存並進行分配；第二步是調用構造函數構造對象，初始化這片內存空間。這種方法，間接調用類的構造函數。

那麼如何限制類對象只能在堆或者棧上創建呢？下面分別進行討論。

只能創建在堆上（設置析構函數爲Protected）

類對象只能創建在堆上，就是不能靜態創建類對象，即不能直接調用類的構造函數。

容易想到將構造函數設爲私有。在構造函數私有以後，沒法在類外部調用構造函數來構造類對象，只能使用new運算符來創建對象。然而，前面已經說過，new運算符的執行過程分爲兩步，C++提供new運算符的重載，實際上是隻容許重載operator new()函數，而operator()函數用於分配內存，沒法提供構造功能。所以，這種方法不能夠。

當對象創建在棧上面時，是由編譯器分配內存空間的，調用構造函數來構造棧對象。當對象使用完後，編譯器會調用析構函數來釋放棧對象所佔的空間。編譯器管理了對象的整個生命週期。若是編譯器沒法調用類的析構函數，狀況會是怎樣的呢？好比，類的析構函數是私有的，編譯器沒法調用析構函數來釋放內存。因此，編譯器在爲類對象分配棧空間時，會先檢查類的析構函數的訪問性，其實不光是析構函數，只要是非靜態的函數，編譯器都會進行檢查。若是類的析構函數是私有的，則編譯器不會在棧空間上爲類對象分配內存。

所以，將析構函數設爲私有，類對象就沒法創建在棧上了。代碼以下：

class A  
{  
public:  
    A(){}  
    void destory(){delete this;}  
private:  
    ~A(){}  
};  

 試着使用A a;來創建對象，編譯報錯，提示析構函數沒法訪問。這樣就只能使用new操做符來創建對象，構造函數是公有的，能夠直接調用。類中必須提供一個destory函數，來進行內存空間的釋放。類對象使用完成後，必須調用destory函數。

上述方法的一個缺點就是，沒法解決繼承問題。若是A做爲其它類的基類，則析構函數一般要設爲virtual，而後在子類重寫，以實現多態。所以析構函數不能設爲private。還好C++提供了第三種訪問控制，protected。將析構函數設爲protected能夠有效解決這個問題，類外沒法訪問protected成員，子類則能夠訪問。

另外一個問題是，類的使用很不方便，使用new創建對象，卻使用destory函數釋放對象，而不是使用delete。（使用delete會報錯，由於delete對象的指針，會調用對象的析構函數，而析構函數類外不可訪問）這種使用方式比較怪異。爲了統一，能夠將構造函數設爲protected，而後提供一個public的static函數來完成構造，這樣不使用new，而是使用一個函數來構造，使用一個函數來析構。代碼以下，相似於單例模式：

class A  
{  
protected:  
    A(){}  
    ~A(){}  
public:  
    static A* create()  
    {  
        return new A();  
    }  
    void destory()  
    {  
        delete this;  
    }  
};  

這樣，調用create()函數在堆上建立類A對象，調用destory()函數釋放內存。

只能創建在棧上(重載new函數設爲私有)

只有使用new運算符，對象纔會創建在堆上，所以，只要禁用new運算符就能夠實現類對象只能創建在棧上。將operator new()設爲私有便可。代碼以下：

class A  
{  
private:  
    void* operator new(size_t t){}     // 注意函數的第一個參數和返回值都是固定的  
    void operator delete(void* ptr){} // 重載了new就須要重載delete  
public:  
    A(){}  
    ~A(){}  
};