1、背景
在 C++ 中，new 和 delete 是動態分配內存的核心操作符。然而，直接使用它們有時會增加程序的復雜性，甚至導致內存泄漏和其他問題。因此，了解何時替換 new 和 delete 并選擇更適合的內存管理策略，是編寫高效、健壯 C++ 程序的關鍵。直接使用 new 和 delete 存在以下潛在問題：
- 內存泄漏： 如果忘記調用 delete 釋放內存，就會導致內存泄漏。
- 異常安全性： 在異常發生時，可能導致內存無法正確釋放。
- 復雜性： 手動管理內存使代碼變得更難維護和閱讀。
- 性能問題： 默認的全局 new 和 delete 可能不適合特定場景，例如需要高效的內存池。
- 無法跟蹤分配： 默認 new 和 delete 無法提供關于內存分配的額外信息（如分配大小或位置）。
2、替換 new 和 delete 的常用方法
2.1 、使用智能指針代替原始指針
現代 C++ 提供了智能指針（std::unique_ptr 和 std::shared_ptr），它們能夠自動管理內存，避免手動調用 delete。
#include <memory>
#include <iostream>class Widget {
public:Widget() { std::cout << "Widget constructed" << std::endl; }~Widget() { std::cout << "Widget destroyed" << std::endl; }
};int main() {std::unique_ptr<Widget> w = std::make_unique<Widget>();// 無需手動調用 deletereturn 0;
}
這樣做可以避免內存泄漏，提供異常安全性
2.2、定制全局 new 和 delete
在某些場景中，需要替換全局 new 和 delete 以提供自定義的內存分配行為。
#include <cstdlib>
#include <iostream>void* operator new(size_t size) {std::cout << "Custom new: Allocating " << size << " bytes" << std::endl;return std::malloc(size);
}void operator delete(void* ptr) noexcept {std::cout << "Custom delete: Freeing memory" << std::endl;std::free(ptr);
}int main() {int* p = new int;delete p;return 0;
}
- 優點，可以跟蹤內存分配和釋放，可優化內存分配以滿足特定需求。
2.3、為特定類重載 new 和 delete
對于某些類，可以提供自定義的 new 和 delete，以優化其內存管理。
#include <iostream>
#include <cstdlib>class Widget {
public:static void* operator new(size_t size) {std::cout << "Widget custom new: Allocating " << size << " bytes" << std::endl;return std::malloc(size);}static void operator delete(void* ptr) noexcept {std::cout << "Widget custom delete: Freeing memory" << std::endl;std::free(ptr);}
};int main() {Widget* w = new Widget;delete w;return 0;
}
- 優點，針對特定類優化內存分配，可實現類級別的內存跟蹤和調試。
2.4、使用內存池
在需要頻繁分配和釋放小對象的場景下，使用內存池可以顯著提升性能。
#include <vector>
#include <iostream>class MemoryPool {
public:MemoryPool(size_t objectSize, size_t poolSize): m_objectSize(objectSize), m_poolSize(poolSize) {m_pool.reserve(m_poolSize);for (size_t i = 0; i < m_poolSize; ++i) {m_pool.push_back(std::malloc(m_objectSize));}}~MemoryPool() {for (void* ptr : m_pool) {std::free(ptr);}}void* allocate() {if (m_pool.empty()) {return std::malloc(m_objectSize);} else {void* ptr = m_pool.back();m_pool.pop_back();return ptr;}}void deallocate(void* ptr) {m_pool.push_back(ptr);}private:size_t m_objectSize;size_t m_poolSize;std::vector<void*> m_pool;
};int main() {MemoryPool pool(sizeof(int), 10);int* p = static_cast<int*>(pool.allocate());pool.deallocate(p);return 0;
}
- 優點，顯著降低小對象的分配和釋放開銷，避免頻繁調用全局的 new 和 delete
