Item 50：为什么需要自定义 new 和 delete?

为什么需要自定义 operator new 或 operator delete

• 检测使用错误。new 得到的内存如果没有 delete 会导致内存泄露，而多次 delete 又会引发未定义行为。如果自定义 operator new 来保存动态内存的地址列表，在 delete 中判断内存是否完整，便可以识别使用错误，避免程序崩溃的同时还可以记录这些错误使用的日志。
• 提高效率。全局的 new 和 delete 被设计为通用目的（general purpose）的使用方式，通过提供自定义的new，我们可以手动维护更适合应用场景的存储策略。
• 收集使用信息。在继续自定义 new 之前，你可能需要先自定义一个 new 来收集地址分配信息，比如动态内存块大小是怎样分布的？分配和回收是先进先出 FIFO 还是后进先出 LIFO？
• 实现非常规的行为。比如考虑到安全，operator new 把新申请的内存全部初始化为0。
• 其他原因，比如抵消平台相关的字节对齐，将相关的对象放在一起等等。

自定义 operator new

自定义一个 operator new 很容易的，比如实现一个支持越界检查的 new：

static const int signature = 0xDEADBEEF;    // 边界符
typedef unsigned char Byte; 
 
void* operator new(std::size_t size) throw(std::bad_alloc) {
    // 多申请一些内存来存放占位符 
    size_t realSize = size + 2 * sizeof(int); 
 
    // 申请内存
    void *pMem = malloc(realSize);
    if (!pMem) throw bad_alloc(); 
 
    // 写入边界符
    *(reinterpret_cast<int*>(static_cast<Byte*>(pMem)+realSize-sizeof(int))) 
        = *(static_cast<int*>(pMem)) = signature;
 
    // 返回真正的内存区域
    return static_cast<Byte*>(pMem) + sizeof(int);
}

其实上述代码是有一些瑕疵的：

• operator new 应当不断地调用new handler，上述代码中没有遵循这个惯例；
• 有些体系结构下，不同的类型被要求放在对应的内存位置。比如 double 的起始地址应当是 8 的整数倍，int的起始地址应当是 4 的整数倍。上述代码可能会引起运行时硬件错误。
• 起始地址对齐。C++要求动态内存的起始地址对所有类型都是字节对齐的，new 和 malloc 都遵循这一点，然而我们返回的地址偏移了一个int。

到此为止你已经看到了，实现一个 operator new 很容易，但实现一个好的 operator new 却很难。

总结

• 有很多正当的编写 new 和 delete 的自定义版本的理由，包括改进性能，调试 heap（堆）用法错误，以及收集 heap（堆）用法信息。