C++学习笔记 11 new 关键字

一、new 关键字综述

new 关键字很有趣，因为它很深奥。很多人会使用new，但他们并没有真正去思考它。实际上当你编写C++程序的时候，你需要关心内存，性能和优化等问题。因为，如果你不考虑这些问题的话，那为什么还要用C++呢？有很多其他编程语言可以用，现在都2025年了，为什么还要用C++呢？除非你特别需要高性能，你特别关心发生的一切。那么弄明白new关键字就非常重要了。特别是如果你来自Java或C#这样为你自动清理内存的语言，但是这样在内存方面，你也就不会像在C++中有那么多的选择。对那些会使用C#和Java的人来说，他们总是使用new关键字。当他们使用C++时，可能回想，yeah，C++也没那么难嘛！这个new关键字也就是用来创建一个新的类对象的。NO，不是这样的。

new的主要目的是分配内存，具体来说就是在堆上分配内存。先写new，然后写上数据类型，可以是一个类，也可以是一个基本类型，又或者是一个数组，根据你写的类型，以字节为单位决定了要分配的内存的大小。比如你写new int，它会请求分配4个字节的内存。一旦有了那个数字，它会请求操作系统（应该说是C标准库），我需要4个字节的内存，请把它给我。这就是乐趣开始的地方。现在我们需要找到一个包含4个字节的连续内存块。当然，因为4个字节的内存很容易找到，所以分配起来也会很快。找到之后，它就返回一个指向那个内存地址的指针。这样你就可以开始使用你的数据了：存储或访问，或读、写都可以。你看，我刚列出了大概5步之类的东西，这就是主要内容。当你调用new的时候，这需要花费时间。

我说过，我们需要找到一个连续的4个字节，这并不是说我们在连续的搜索内存，就像激光扫过那样 ：这里有没有四个字节的空闲空间，没有，OK，，再去搜索下个位置 。其实有一个叫空闲列表的东西，它会维护那些有空闲字节的地址。 这个过程没有你想的那么慢，但显然更加聪明，但仍然还是很 慢。这就是主要内容，new主要就是找到一个满足我们需求的足够大的内存块，然后给我们一个指向那个内存地址的指针。

new不紧分配内存空间，还调用了构造函数。

二、new关键字本质原理

new 实际上是一个操作符。首先你会发现它是一个操作符，new只是一个操作符，就像加、减、乘、除、等于一样，是个操作符。这意味着你可以重装这个操作符，并改变它的行为。很快我们就会讲到操作符重载。它就是一个函数，有一个size参数，返回值是一个void指针。

void指针就是一个没有类型的指针，指针就是一个内存地址。指针确实需要一个类型，他需要类型是为了你能够以想要的方式来操纵它。但核心概念就是：指针就是一个内存地址，它只是一个数字。所以它为什么需要一个特定类型呢，像int，double或者Entity等。

但是这里，new实际上做到事情，这实际上依赖于C++库。所以，如果你写自己的C++编译器和库，理论上你可以让它做任何事情。
但是，通常，调用new关键字，会调用底层C函数：malloc，它是用来分配内存的。

//以下2行内容理论上是一个性质

//这里不仅仅是分配了内存，还调用了构造函数
Entity* e = new Entity();
//C++ 需要强转，C不需要
Entity* e = (Entity*)malloc(sizeof(Entity));

三、new的对象必须手动delete

1. delete只是一个常规函数
2. delete实际上是调用了C函数的free函数，free可以释放malloc申请的内存
3. delete也会调用析构函数：destructor

当我们使用new关键字的时候，内存没有被释放，它没有被标记为空闲，它就不会被放回空闲列表，因此当我们调用new再次申请内存空间时，这些内存就不能再被分配。直到我们调用delete，我们必须手动释放它。
有很多C++策略可以让这个过程自动化。一些简单的策略，比如基于作用域的指针；也有一些高级的策略，比如引用计数。

四、placement new

实际上没有分配内存，只是调用了构造函数，并在一个特定的内存地址上初始化了你的类对象。你可以写new()，然后指定内存地址：

placement new（定位new）是C++中一种特殊的内存管理机制，它允许在已经预先分配好的内存区域上构造对象，而不需要额外分配内存。

基本概念与语法
核心作用：placement new不负责分配内存，而是直接在指定的内存地址上调用对象的构造函数来初始化对象。这与普通new操作符（先分配内存再构造对象）不同。
语法格式：new (address) Type(initializer_list)，其中address是已分配内存的指针，Type是对象类型，initializer_list是构造函数参数。

例如：char* buffer = new char[sizeof(int)]; int* p = new (buffer) int(42); 这会在buffer指向的内存上构造一个值为42的int对象。

使用场景

内存池管理： 在对象频繁创建和销毁的场景（如游戏引擎、高频交易系统）中，内存池预先分配大块内存，使用placement new在池中构造对象，避免频繁调用系统内存分配器，减少内存碎片。

性能优化： 当需要避免动态内存分配的开销时，例如容器（如vector）预留内存后，用placement new构造对象，实现内存分配与构造的解耦。

** 自定义内存管理：** 在嵌入式系统或对内存布局有严格要求的场景，placement new可用于在栈、静态内存或特定对齐的缓冲区上构造对象。