Effective C++ 条款50

了解new和delete的合理替换时机

如题所述，我们在本节中只是了解一下什么时候需要自己写new和delete，为什么要重新写new和delete，出于什么样的动机等等。
本文重在论述，至于作者提供的程序代码也具有漏洞，本节的目的就是对new和delete有一个宏观的认识。

下面是替换的原因：

1.用来检测运用上的错误。如果delete new的内存失败，会导致内存泄漏。如果在new所得内存多次delete会导致不确定行为。使用编译器提供的operator new和operator delete不能检测上述行为。如果operator new持有一个链表，其存储动态分配所得内存，operator delete则将内存从链表删除，这样就能呢检测上述错误用法。如果编程错误，可能在分配内存的之前区域或之后区域写入数据；这时可以自己定义operator new分配超额内存，在多出部分写上特定byte patterns（即签名，signature），自己定义operator delete检测签名是否更改。

2.为了强化效能。 operator new和operator delete如果开辟大内存、小内存，持续这样做会造成内存碎片，这在服务器的后台程序上，可能会导致无法满足大区快内存需求，即使有足够但分散的小区块自由内存。使用自己定制的operator new和operator delete可以避免这样的问题。针对特定的需求，有时还可以提升性能。

3.为收集使用上的统计数据。在定制operator new和operator delete之前，应该首先了解软件如何使用动态内存。分配区块如何分布？寿命如何？它们是FIFO先进先出还是LIFO后进先出，或随机分配和归还？软件在不同执行阶段有不同的分配归还形态吗？任何时刻使用的最大动态分配量是多少？自己定义的operator new和operator delete可以轻松收集到这些信息。

作者的代码片实例：

static const int signature=0xDEADBEEF;
typedef unsigned char Byte;
void* operator new(std::size_t size) throw(std::bad_alloc)
{
    using namespace std;
    size_t realSize=size+2*sizeof(int);

    void* pMem=malloc(realSize);
    if(!pMem) throw bad_alloc();

    *(static_cast<int*>(pMem))=signarure;
    *(reinterpret_cast<int*>(static_cast<Byte*>(pMem)+realSize-sizeof(int)))=signature;

    return static_cast<Byte*>(pMem)+sizeof(int);
}

上述代码没有考虑对齐问题
关于对齐：
C++要求所有operator new返回的指针都有适当的对齐（取决于数据类型）。malloc就是在这样的要求下工作。所以令operator new返回一个得自malloc的指针是安全的。但是上面实现中，我们偏移了一个int的大小，就不能保证其安全了

像对齐这类技术细节，可以区分内存管理器的质量。写一个能够运行的内存管理器并不难，难的是让它总是能够高效优良的运作。一般来说，若非必要，不要去写内存管理器。

作者接着阐述自定义new和delete的作用，如下：
为了增加分配和归还的速度。使用定制的针对特定类型对象的分配器，可以提高效率。例如，Boost提供的Pool程序库便是。如果在单线程程序中，你的编译器所带的内存管理具备线程安全，你可以写个不具备线程安全的分配器而大幅度改善速度。

为了降低缺省内存管理器带来的空间额外开销。泛用型分配器往往（虽然并非总是）不只比定制型慢，还使用更多空间，因为它们常常在每一个分配区块上招引某些额外开销。针对小型对象开放的分配器，例如Boost库的Pool，本质上消除了这样的额外开销。

为了弥补缺省分配器的非最佳对齐（suboptimal alignment）。X86体系结构上的double访问最快–如果它们是8-byte对齐。但是编译器自带的operator new并不保证分配double是8-byte对齐。

为了将相关对象成簇集中。如果特定的某个数据结构往往被一起使用，我们希望在处理这些数据时将“内存页错误”（page faults）的频率降至最低，那么为此数据结构创建另一个heap就有意义，这样就可以将它们成簇集中到尽可能少的内存也上。

为了获得非传统的行为。有时候我们需要做operator new和delete没做的事。例如，在归还内存时将其数据覆盖为0，以此增加应用程序的数据安全。