编辑“︁C++ new 运算符”︁

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'''C++ new运算符'''是C++中用于动态内存分配的核心操作符，它允许程序在运行时从堆（heap）中请求内存空间。与C语言的<code>malloc()</code>不同，new不仅分配内存，还会调用对象的构造函数，是面向对象内存管理的关键工具。

== 基本语法与功能 ==
new运算符的基本语法如下：
<syntaxhighlight lang="cpp">
pointer_variable = new data_type;
pointer_variable = new data_type[size]; // 数组分配
pointer_variable = new data_type(initial_value); // 带初始化
</syntaxhighlight>

=== 工作原理 ===
当使用new时，会发生以下步骤：
# 计算所需内存大小
# 在堆上寻找连续可用空间
# 调用构造函数（对于类对象）
# 返回指向该内存的首地址指针

<mermaid>
graph TD
    A[调用new] --> B[计算内存大小]
    B --> C[堆空间分配]
    C --> D[调用构造函数]
    D --> E[返回指针]
</mermaid>

== 基础示例 ==
=== 单对象分配 ===
<syntaxhighlight lang="cpp">
#include <iostream>

int main() {
    int* ptr = new int;    // 分配一个int空间
    *ptr = 42;             // 存储值
    std::cout << *ptr;     // 输出: 42
    delete ptr;            // 必须手动释放
    return 0;
}
</syntaxhighlight>

=== 数组分配 ===
<syntaxhighlight lang="cpp">
double* arr = new double[10]; // 分配10个double的数组
arr[0] = 3.14;               // 访问第一个元素
delete[] arr;                // 必须使用delete[]
</syntaxhighlight>

== 高级特性 ==
=== 定位new（Placement new） ===
允许在已分配的内存上构造对象：
<syntaxhighlight lang="cpp">
#include <new>

char buffer[sizeof(int)];
int* p = new (buffer) int(42); // 在buffer位置构造int
// 不需要delete，因为是栈内存
</syntaxhighlight>

=== 异常处理 ===
默认情况下，new失败会抛出<code>std::bad_alloc</code>异常：
<syntaxhighlight lang="cpp">
try {
    int* p = new int[10000000000];
} catch (const std::bad_alloc& e) {
    std::cerr << "内存不足: " << e.what();
}
</syntaxhighlight>

可以使用<code>nothrow</code>版本：
<syntaxhighlight lang="cpp">
int* p = new(std::nothrow) int[100];
if (!p) { /* 处理分配失败 */ }
</syntaxhighlight>

== 数学原理 ==
new操作的时间复杂度通常为O(1)，但实际性能取决于内存分配器的实现。连续分配n个对象的空间需求为：

<math>
\sum_{i=1}^{n} sizeof(T_i) + \text{开销}
</math>

其中开销包括内存对齐填充和管理信息。

== 实际应用案例 ==
=== 动态数据结构 ===
实现链表节点分配：
<syntaxhighlight lang="cpp">
struct Node {
    int data;
    Node* next;
};

Node* createNode(int value) {
    Node* newNode = new Node;
    newNode->data = value;
    newNode->next = nullptr;
    return newNode;
}
</syntaxhighlight>

=== 工厂模式 ===
<syntaxhighlight lang="cpp">
class Shape {
public:
    virtual void draw() = 0;
    static Shape* create(int type);
};

Shape* Shape::create(int type) {
    switch(type) {
        case 1: return new Circle();
        case 2: return new Square();
        default: return nullptr;
    }
}
</syntaxhighlight>

== 最佳实践 ==
* 总是检查分配是否成功（特别是大型分配）
* 每个new必须对应一个delete
* 数组使用delete[]释放
* 优先使用智能指针（如<code>std::unique_ptr</code>）管理动态内存
* 避免在频繁调用的代码路径中使用new/delete

== 常见问题 ==
=== 内存泄漏 ===
忘记释放内存是最常见错误：
<syntaxhighlight lang="cpp">
void leak() {
    int* p = new int(10);
    // 忘记delete p
} // 内存永久丢失
</syntaxhighlight>

=== 悬垂指针 ===
<syntaxhighlight lang="cpp">
int* p = new int(5);
delete p;
*p = 10; // 未定义行为！
</syntaxhighlight>

== 性能考虑 ==
new操作涉及系统调用，比栈分配慢得多。典型对比：
<mermaid>
barChart
    title 分配速度比较
    x-axis 分配方式
    y-axis 时间(ns)
    bar 栈分配: 1
    bar new操作: 100
</mermaid>

== 与malloc()的区别 ==
{| class="wikitable"
|-
! 特性 !! new !! malloc()
|-
| 调用构造函数 || ✓ || ✗
|-
| 返回类型 || 类型安全指针 || void*
|-
| 失败处理 || 异常或nothrow || 返回NULL
|-
| 大小计算 || 自动 || 需手动计算
|}

== 扩展阅读 ==
* C++17引入的带对齐分配的new：<code>align_val_t</code>
* 重载类特定的new/delete运算符
* 内存池技术优化频繁分配

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