C++如何重载全局的new和delete操作符？（内存管理）

C++中重载全局new/delete可统一控制内存分配与释放，需定义四个标准函数（含数组版本），声明为noexcept，仅在单个源文件实现以避免ODR违规，并注意nothrow、对齐等扩展版本及构造异常时的delete安全性。

在C++中，重载全局的new和delete操作符，可以让程序统一控制所有动态内存的分配与释放行为，比如做内存统计、检测泄漏、对齐检查或集成自定义内存池。关键在于：必须定义符合标准签名的函数，并确保它们在链接时可被所有翻译单元识别。

重载全局 new 和 delete 的基本形式

全局重载需要提供以下四个函数（C++11起还支持带noexcept的版本）：

• void* operator new(std::size_t) —— 分配原始内存，抛异常
• void operator delete(void*) noexcept —— 释放内存，不抛异常
• void* operator new[](std::size_t) —— 数组分配
• void operator delete[](void*) noexcept —— 数组释放

注意：operator delete和operator delete[]必须声明为noexcept（否则编译器可能拒绝调用），且不能返回值；operator new在失败时应抛出std::bad_alloc（除非是nothrow版本）。

必须放在全局命名空间，且不能在头文件里重复定义

这些函数只能在一个源文件（如memory.cpp）中定义一次，否则违反ODR（One Definition Rule）。不要把实现写在头文件中（除非用inline且C++17以上，但不推荐用于全局重载）。

示例（memory.cpp）：

#include 
#include 
void operator new(std::size_t size) {
std::cout << "Allocating " << size << " bytes\n";
void ptr = std::malloc(size);
if (!ptr) throw std::bad_alloc{};
return ptr;
}
void operator delete(void* ptr) noexcept {
std::cout << "Deallocating memory at " << ptr << "\n";
std::free(ptr);
}
void* operator new[](std::size_t size) {
return operator new(size);
}
void operator delete[](void* ptr) noexcept {
operator delete(ptr);
}

小心替换系统默认行为带来的影响

一旦重载了全局new/delete，所有使用new表达式（包括STL容器内部、第三方库等）都会走你的逻辑。常见陷阱包括：

• 未正确处理operator new的std::nothrow版本（需额外实现void* operator new(std::size_t, const std::nothrow_t&) noexcept）
• 未实现带对齐参数的版本（C++17起，operator new(std::size_t, std::align_val_t)），否则aligned_new会回退到默认实现，破坏一致性
• 在构造函数抛异常时，operator delete会被自动调用——必须确保它能安全处理可能为nullptr的指针

调试与测试建议

验证重载是否生效，可：

• 在main()前加std::cout输出，观察是否打印分配日志
• 用valgrind或AddressSanitizer确认无误用（尤其注意delete后是否真正释放）
• 写一个简单类，含new和delete调用，配合断点确认流程
• 若需保留原行为作委托，可用std::malloc/std::free，但避免递归调用自身（例如不要在operator new里用::new）