C++中的自定义内存管理
1，问题：
1，new 关键字创建出来的对象位于什么地方？
1，位于堆空间；
2，有没有可能位于其它地方？
1，有；
2，通过一些方式可以使动态创建的对象位于静态存储区；
3，这个存储区在程序结束后释放；
2，new/delete 被忽略的事实：
1，new/delete 的本质是 C++ 预定义的操作符；
1，new/delete 是关键字，但本质是预定义的操作符；
2，C++ 中操作符可以重载；
2，C++ 对这两个操作符做了严格的行为定义；
1，new：
1，获取足够大的内存空间（默认为堆空间）；
2，在获取的空间中调用构造函数创建对象；
2，delete：
1，调用析构函数销毁对象；
2，归还对象所占用的空间（默认为堆空间）；
3，在 C++ 中能够重载 new/delete 操作符：
1，全局重载（不推荐）；
1，实际工程开发中不建议这样做
2，局部重载（针对具体类型进行重载）；
1，针对具体的类重载；
3，重载 new/delete 的意义在于改变动态对象创建时的内存分配方式；
1，可以将创建的对象放到其它的内存空间里面去；
4，new/delete 的重载方式：
1，代码示例：
1 // static member function
2 void* operator new(unsinged int size) // 第一步获取内存，参数表示需要获取的内存大小；
3 {
4 void* ret = NULL;
5
6 /* ret point to allocated memory */ // 第二步在内存中调用构造函数创建对象；
7
8 return ret;
9 }
10
11 // static member function
12 void operator delete (void* p) // p 指针指向对应的对象地址，也就是要释放的地址；
13 {
14 /* free the memory which is pointed by p */
15 }
2，通过函数来对这两个操作符进行重载；
3，一般针对具体类来重载，所以说 new/delete 的重载函数就是类的成员函数，并且这两个重载函数默认为静态成员函数，写不写 static 都是静态成员函数；
3，静态存储区中创建动态对象编程实验：
1 #include <iostream>
2 #include <string>
3
4 using namespace std;
5
6 class Test
7 {
8 static const unsigned int COUNT = 4;
9
10 static char c_buffer[]; // 本质是这里申请空间而下面只是标记使用而已；
11 static char c_map[];
12
13 int m_value;
14 public:
15 void* operator new (unsigned int size)
16 {
17 void* ret = NULL; // 如果这片内存已经满了，返回空；
18
19 /* 查找在 c_buffer 里面那些位置是空闲的，可以用来创建 Test 对象 */
20 for(int i=0; i<COUNT; i++)
21 {
22 if( !c_map[i] ) // 当前空间不可用了；
23 {
24 c_map[i] = 1; // 标记为不可用；
25
26 ret = c_buffer + i * sizeof(Test); // 查找 c_buffer 这片可用内存空间的首地址，并返回这片空间；
27
28 cout << "succeed to allocate memory: " << ret << endl;
29
30 break;
31 }
32 }
33
34 return ret;
35 }
36
37 void operator delete (void* p)
38 {
39 if( p != NULL ) // 空指针时候什么都不处理；
40 {
41 char* mem = reinterpret_cast<char*>(p);
42 int index = (mem - c_buffer) / sizeof(Test); // 得到要释放的动态对象在 c_map 中的位置；
43 int flag = (mem - c_buffer) % sizeof(Test); // 这些位置必须是固定的，如果 flag 不为 0，指针则不合法；
44
45 if( (flag == 0) && (0 <= index) && (index < COUNT) )
46 {
47 c_map[index] = 0; // 释放这个地址，即标记这个地址可用；
48
49 cout << "succeed to free memory: " << p << endl;
50 }
51 }
52 }
53 };
54
55 char Test::c_buffer[sizeof(Test) * Test::COUNT] = {0}; // 定义一块静态的内存空间，内存空间想要存储的是 Test 对象，最多存储 4 个 Test 对象；
56 char Test::c_map[Test::COUNT] = {0}; // 标记数组，用于标记在那些位置已经创建了对象，作用是标记；
57
58 int main(int argc, char *argv[])
59 {
60 cout << "===== Test Single Object =====" << endl;
61
62 Test* pt = new Test; // 这里是在 c_buffer 里面的静态存储区当中的空间生成的；
63
64 delete pt;
65
66 cout << "===== Test Object Array =====" << endl;
67
68 Test* pa[5] = {0};
69
70 for(int i=0; i<5; i++)
71 {
72 pa[i] = new Test;
73
74 cout << "pa[" << i << "] = " << pa[i] << endl;
75 }
76
77 for(int i=0; i<5; i++)
78 {
79 cout << "delete " << pa[i] << endl;
80
81 delete pa[i];
82 }
83
84 return 0;
85 }
1，结论：
1，new/delete 关键字是可以重载的；
2，重载的意义是改变内存的分配方式，使得动态创建的对象不再位于堆空间里面；
3，这个实验位于自定义的静态存储区里面的 c_buffer 数组当中；
2，拓展：
1，工程中可以结合不同方法来应用 new/delete 特性；
2，将本实验的方法和二阶构造法结合在一起，我们就可以创建一个类，并且规定这个类最多产生多少个对象；
3，单例模式仅仅使得一个类只有一个对象存在，而这里的方法加上二阶构造就可以诞生 N 例模式；
4，问题：
1，如何在指定的地址上创建 C++ 对象？
1，我们已经掌握了在静态存储区里面创建对象，是否可以扩展下这个方法，在任意的地址上创建对象呢？
2，通过重载 new/delete 也许就可以在指定的地址上创建对象；
5，设计思路：
1，在类中重载 new/delete 操作符；
2，在 new 的操作符重载函数中返回指定的地址；
3，在 delete 操作符重载中标记对应的地址可用；
6，自定义动态对象的存储空间编程实验：
1 #include <iostream>
2 #include <string>
3 #include <cstdlib>
4
5 using namespace std;
6
7 class Test
8 {
9 static unsigned int c_count; // 动态实时做决定，所以这个地方就不能有常量；
10 static char* c_buffer;
11 static char* c_map;
12
13 int m_value;
14 public:
15 /* 动态指定想在什么类型上指定申请对象 */
16 static bool SetMemorySource(char* memory, unsigned int size)
17 {
18 bool ret = false; // 返回值为 bool 类型，告诉函数调用者，当前动态空间设置是否成功；
19
20 c_count = size / sizeof(Test); // 计算传进来的空间可以创建多少对象；
21
22 ret = (c_count && (c_map = reinterpret_cast<char*>(calloc(c_count, sizeof(char)))));
23
24 if( ret ) // 空间至少为 1，且标记指针合法；
25 {
26 c_buffer = memory; // 将指定空间设置到 c_buffer 上；
27 }
28 else // 一切清零；
29 {
30 free(c_map);
31
32 c_map = NULL;
33 c_buffer = NULL;
34 c_count = 0;
35 }
36
37 return ret;
38 }
39
40 void* operator new (unsigned int size)
41 {
42 void* ret = NULL;
43
44 /* 有指定的一个具体空间，通过各种计算和验证，看下所指定的空间上面是否可以动态创建对象，标准是 c_count 大于 0，此时意味着通过 setMemorySource() 所指定的空间是可以创建 Test 对象的，则走 if 路径，否则的话，走 else 路径，通过 malloc() 函数得到一片空间； */
45 if( c_count > 0 ) //
46 {
47 for(int i=0; i<c_count; i++)
48 {
49 if( !c_map[i] )
50 {
51 c_map[i] = 1;
52
53 ret = c_buffer + i * sizeof(Test);
54
55 cout << "succeed to allocate memory: " << ret << endl;
56
57 break;
58 }
59 }
60 }
61 else
62 {
63 ret = malloc(size); // 没有指定具体的在那个空间上生成对象时，通过 malloc 来申请默认的堆空间；
64 }
65
66 return ret;
67 }
68
69 void operator delete (void* p)
70 {
71 if( p != NULL )
72 {
73 if( c_count > 0 )
74 {
75 char* mem = reinterpret_cast<char*>(p);
76 int index = (mem - c_buffer) / sizeof(Test);
77 int flag = (mem - c_buffer) % sizeof(Test);
78
79 if( (flag == 0) && (0 <= index) && (index < c_count) )
80 {
81 c_map[index] = 0;
82
83 cout << "succeed to free memory: " << p << endl;
84 }
85 }
86 else
87 {
88 free(p); // 和上面对应
89 }
90 }
91 }
92 };
93
94 unsigned int Test::c_count = 0;
95 char* Test::c_buffer = NULL;
96 char* Test::c_map = NULL;
97
98 int main(int argc, char *argv[])
99 {
100 char buffer[12] = {0}; // 定义一片栈上空间，用于存放对象；
101
102 Test::SetMemorySource(buffer, sizeof(buffer));
103
104 cout << "===== Test Single Object =====" << endl;
105
106 Test* pt = new Test;
107
108 delete pt;
109
110 cout << "===== Test Object Array =====" << endl;
111
112 Test* pa[5] = {0};
113
114 for(int i=0; i<5; i++) // 只有 3 个对象的空间，则后两个对象指向为 NULL；
115 {
116 pa[i] = new Test;
117
118 cout << "pa[" << i << "] = " << pa[i] << endl;
119 }
120
121 for(int i=0; i<5; i++)
122 {
123 cout << "delete " << pa[i] << endl;
124
125 delete pa[i];
126 }
127
128 return 0;
129 }
1，通过重载 new/delete，我们可以在任意指定的位置动态创建 C++ 对象；
7，new[]/delete[] 与 new/delete 完全不同：
1，动态对象数组创建通过 new[] 完成；
2，动态对象数组的销毁通过 delete[] 完成；
3，new[]/delete[] 能够被重载，进而改变内存管理方式；
1，这是两个新的操作符；
8，new[]/delete[] 的重载方式：
1，代码示例：
1 // static member function
2 void* operator new[] (unsigned int size)
3 {
4 rerurn malloc(size);
5 }
6
7 // static member function
8 void operator delete[] (void* p)
9 {
10 free(p);
11 }
2，通过类的静态成员函数来重载，不写 static，这两个成员函数在类中也是 静态的；
9，注意事项：
1，nwe[] 实际需要返回的内存空间可能比期望的要多；
1，需要额外的空间来保存数组的信息；
2，如数组长度信息，因为编译器要自动的为我们调用构造函数和析构函数，不保存长度信息，编译器不知道要调用多少次构造函数和析构函数；
2，对象数组占用的内存中需要保存数组信息；
3，数组信息用于确定构造函数和析构函数的调用次数；
10，动态数组的内存管理编程实验：
1 #include <iostream>
2 #include <string>
3 #include <cstdlib>
4
5 using namespace std;
6
7 class Test
8 {
9 int m_value;
10 public:
11 Test()
12 {
13 m_value = 0;
14 }
15
16 ~Test()
17 {
18 }
19
20 void* operator new (unsigned int size)
21 {
22 cout << "operator new: " << size << endl;
23
24 return malloc(size);
25 }
26
27 void operator delete (void* p)
28 {
29 cout << "operator delete: " << p << endl;
30
31 free(p);
32 }
33
34 void* operator new[] (unsigned int size)
35 {
36 cout << "operator new[]: " << size << endl;
37
38 return malloc(size);
39 }
40
41 void operator delete[] (void* p)
42 {
43 cout << "operator delete[]: " << p << endl;
44
45 free(p);
46 }
47 };
48
49 int main(int argc, char *argv[])
50 {
51 Test* pt = NULL;
52
53 pt = new Test; // operator new: 4；
54
55 delete pt; // operator delete: 0x8e5d008；
56
57 pt = new Test[5]; // operator new[]: 24；这里多了四个字节，用于保存数组的大小信息，因为编译器自动为我们自调用构造函数和析构函数；
58
59 delete[] pt; // operator delete[]: 0x8e5d018；
60
61 return 0;
62 }
1，new/delete 和 new[]/delete[] 是完全不同的；
2，通过重载的方式说明了它们的不同；
3，意味着在实际的工程里面，有可能在 new 中函数的内存分配方式和 delete[] 中函数内存分配方式是不一样的，因此必须成对使用，必须要匹配；
4，假设 new[] 动态创建数组是从栈上分配的空间，然后 delete 想要将空间归还到堆空间去，如果交叉使用，则意味着有可能把栈上的空间归还到堆空间上，程序会崩溃，所以要成对出现，不要交叉使用，因为它们 new/delete 和 new[]/delete[] 完全不同；
11，小结：
1，new/delete 的本质为操作符；
2，可以通过全局函数重载 new/delete（不推荐）；
3，可以针对具体的类重载new/delete；
4，new[]/delete[] 与 new/delete 完全不同；
浙公网安备 33010602011771号