如何实现C++的自定义内存分配器 重载new运算符实例

c++中实现自定义内存分配器是通过重载new和delete运算符来控制内存分配与释放。1. new负责分配内存并调用构造函数，delete负责调用析构函数并释放内存；2. 可以重载全局或类级别的new/delete，类级别更常用，便于针对性优化；3. 自定义new需返回void*指针并处理内存不足异常，delete应声明为noexcept且无返回值；4. 使用placement new可在指定内存构造对象，但需手动调用析构函数且不可使用delete释放；5. 自定义分配器适用于频繁创建销毁对象、减少内存碎片等场景，常见策略包括内存池、固定大小块分配、伙伴系统；6. 潜在风险包括内存泄漏、越界访问、双重释放，需谨慎管理内存，并建议结合智能指针和充分测试确保安全性。

C++中实现自定义内存分配器，主要是通过重载

new

delete

解决方案

1. 理解

   new

   和

   delete

   运算符:

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   • new

     运算符实际上做了两件事：分配内存和调用构造函数。

   • delete

     运算符也做了两件事：调用析构函数和释放内存。

   重载

   new

   和

   delete

   ，实际上是重载了内存分配和释放的逻辑，构造和析构函数的调用仍然由编译器负责。
   

2. 重载

   new

   运算符:

   你可以重载全局

   new

   和

   delete

   ，也可以只针对特定类进行重载。 重载类级别的

   new

   和

   delete

   更常见，因为它允许针对该类进行内存管理优化，而不会影响程序的其他部分。

   class MyClass {
   public:
       // 自定义 new 运算符
       void* operator new(size_t size) {
           // size 是需要分配的内存大小，单位是字节
           std::cout << "Custom new operator called, size: " << size << std::endl;
           void* p = malloc(size); // 使用 malloc 分配内存
           if (!p) {
               throw std::bad_alloc(); // 如果分配失败，抛出异常
           }
           return p;
       }
   
       // 自定义 delete 运算符
       void operator delete(void* p) noexcept {
           std::cout << "Custom delete operator called" << std::endl;
           free(p); // 使用 free 释放内存
       }
   
   private:
       int data;
   };

   注意点：

   • size_t size

     参数：这是编译器传递给

     new

     运算符的，表示需要分配的内存大小（以字节为单位）。
   • 返回值：必须返回一个

     void*

     指针，指向分配的内存块的起始地址。
   • 异常处理：如果内存分配失败，必须抛出

     std::bad_alloc

     异常。

   • noexcept

     ：

     delete

     运算符应该声明为

     noexcept

     ，防止异常从析构函数中抛出。

3. 重载

   delete

   运算符:

   delete

   运算符负责释放

   new

   运算符分配的内存。
   • 参数：接收一个

     void*

     指针，指向要释放的内存块。
   • 返回值：

     delete

     运算符没有返回值。

4. 使用自定义内存分配器:

   int main() {
       MyClass* obj = new MyClass(); // 调用自定义 new 运算符
       delete obj;                  // 调用自定义 delete 运算符
       return 0;
   }

   运行这段代码，你会看到自定义的

   new

   和

   delete

   运算符被调用。
   

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5. 更高级的用法：placement new:

   placement new

   允许你在已分配的内存上构造对象。 这在你需要手动管理内存，或者在特定地址上创建对象时非常有用。

   #include  // 包含 placement new 的头文件
   
   int main() {
       char buffer[sizeof(MyClass)]; // 分配一块内存
       MyClass* obj = new (buffer) MyClass(); // 在 buffer 上构造 MyClass 对象
   
       // ... 使用 obj
   
       obj->~MyClass(); // 手动调用析构函数
       // 注意：不要对 buffer 使用 delete，因为它不是通过 new 分配的
       return 0;
   }

   注意点：

   • 需要包含
     头文件。
   • 必须手动调用对象的析构函数，因为

     placement new

     不会自动调用。
   • 不能使用

     delete

     运算符释放

     placement new

     分配的内存，因为这块内存不是通过

     new

     分配的。

自定义内存分配器能解决什么问题？

自定义内存分配器主要解决标准

new/delete

如何选择合适的内存分配策略？

选择内存分配策略需要根据具体的应用场景来决定。常见的策略包括：

• 内存池: 适用于对象大小固定，频繁创建和销毁的场景。
• 固定大小块分配: 适用于对象大小有限且已知的场景。
• 伙伴系统: 适用于需要分配不同大小内存块的场景，可以减少外部碎片。

选择哪种策略，需要考虑内存利用率、分配速度、碎片化程度等因素。可以先进行性能测试，然后选择最合适的策略。

自定义内存分配器会带来哪些潜在的风险？

自定义内存分配器虽然可以优化性能，但也带来了一些风险：

• 内存泄漏: 如果忘记释放自定义分配的内存，会导致内存泄漏。
• 内存越界: 如果在分配的内存块之外进行读写，会导致内存越界。
• 双重释放: 如果对同一块内存释放两次，会导致程序崩溃。

因此，在使用自定义内存分配器时，必须非常小心，确保内存管理的正确性。建议使用智能指针等工具来辅助内存管理，减少出错的可能性。此外，充分的单元测试和集成测试也是必不可少的。