C++ new 的三種形態完解：new operator、operator new 與 placement new

概覽：new 的三重身分

C++ 中 new 並非單一構造，而是包含三種截然不同的機制，分別負責「記憶體配置」與「物件建構」的不同階段。理解三者差異，是掌握 C++ 記憶體管理與自訂配置器的基石。

1. new operator（最常用形式）

功能：配置記憶體 + 呼叫建構函數初始化物件。

Emp* e1 = new Emp; // 相當於：
// 1. operator new(sizeof(Emp)) 配置原始記憶體
// 2. 在該記憶體上呼叫 Emp::Emp() 建構函數

對應釋放：delete e1;（呼叫析構函數 + operator delete 釋放記憶體）。

2. operator new（僅配置記憶體）

功能：僅配置原始記憶體，不呼叫建構函數。回傳 void*，需手動轉型。

Emp* e2 = static_cast<Emp*>(operator new(sizeof(Emp)));
// 此時 e2 指向未初始化的記憶體區塊

常用於：自訂記憶體池、配置器實作、需要精確控制物件生命週期的場合。

3. placement new（在既有記憶體上建構）

功能：在已配置好的記憶體上呼叫建構函數（含複製/移動建構），不配置記憶體。

new (static_cast<void*>(e2)) Emp(*e1); // 在 e2 記憶體上以 e1 為來源複製建構

語法：new (address) Type(args...)。
對應釋放：手動呼叫析構函數 e2->~Emp();，再以 operator delete(e2); 釋放記憶體。

完整範例程式碼

// Emp.h
class Emp {
public:
    Emp();                 // 輸出 "Emp..."
    Emp(const Emp& other); // 輸出 "Copy Emp..."
    ~Emp();                // 輸出 "~Emp..."
};

// main.cpp
int main() {
    // 1. new operator：配置 + 建構
    Emp* e1 = new Emp;               // 輸出: Emp...

    // 2. operator new：僅配置
    Emp* e2 = static_cast<Emp*>(operator new(sizeof(Emp))); // 無輸出

    // 3. placement new：在 e2 上以 e1 為來源複製建構
    new (static_cast<void*>(e2)) Emp(*e1); // 輸出: Copy Emp...

    // 正確釋放順序
    e2->~Emp();               // 手動呼叫析構函數，輸出: ~Emp...
    operator delete(e2);      // 僅釋放記憶體
    delete e1;                // 正常 delete：析構 + 釋放
}

應用場景對照表

關鍵提醒

• placement new 後必須手動呼叫析構函數，否則資源洩漏。
• operator new 可被重載（全域或類別內），支援自訂對齊、記憶體追蹤等進階需求。
• 標準庫容器（如 std::vector）內部即大量運用 placement new 實作 emplace_back 等高效插入操作。