C/C++内存分配new与malloc详解

1. C++内存分配调用过程

​ 上图中，ptmalloc，tcmalloc与jemalloc等是malloc底层实现策略。相比之下，ptmalloc性能较弱，资源消耗较多，在高CPU核心数情况下jemalloc比tcmalloc性能要好。

总之，内存池管理主要针对小内存分配进行，而大内存块由系统调用进行分配，如mmap内存映射。

​ C/C++内存分配原语有malloc，new，::operator new()和allocate()，其中可否重载关系如下：

分配	释放	类别	可否重载
malloc()	free()	C语言	不可
new	delete	C++表达式	不可
operator new()	operator delete()	C++函数	可
allocator::allocate()	allocator::deallocate()	C++标准库空间分配器	视情况而定

2. C++中new/delete的四种形式

1）::operator new/::operator delete 这是全局的new/delete，只是简单的对malloc/free 进行封装。当使用不带属性限定符（::）的operator new/operator delete时，如果没有重载，系统会调用全局的new/delete分配空间。

2）new expression new表达式，编译器会将其翻译为三条语句：

// ---------------- 分配空间 ---------------- //
obj_class* mem = new obj_class(init_val); 

// 翻译为以下三条语句
void* mem = operator new(sizeof(obj_class));   // 使用new分配空间，其实质使用malloc分配

mem = static_cast(mem);           // 强制转型

mem->obj_class(init_val);                     // 使用obj_class构造函数进行初始化

// ---------------- 释放空间 ---------------- //
delete mem;

// 翻译为以下两条语句
obj_class::~obj_class(mem);  // 调用析构函数
operator delete(mem);        // 释放空间

3）array new new多个数组，例如：

type* ptr = new typep[size];  // 分配空间

delete[] ptr;   // 释放空间

PS：当type的析构函数是无意义的，即 is_trivially_destructible::value == true，此时释放空间时，可以不加"[]"，也不会出现内存泄露。当然，最好加上"[]"，这样代码更加友好。

4）placement new 除了必须的第一个参数，还含有额外的参数的operator new 的重载。

注：在正常调用placement new时，使用delete ptr释放内存；只有当调用placement new抛出异常时，系统会调用用户重载的placement delete进行处理，防止内存泄露。

3. new handler

当系统调用new分配内存抛出异常 bad_alloc_exception 之前，会调用（不止一次）用户可指定的handler进行处理。而new handler用于出现exception时，用户指定程序的处理方法，其形式如下。

typedef void(*new_handler)();   // 定义的handler函数指针
new_handler set_new_handler(new_handler ptr) throw();   // 设置新的 handler 处理函数

一般处理方法是调用abort()或者exit()。

注：本文主要参照侯捷老师的《内存管理》讲解。