C++ 對象模型：new/delete 運算符深度解析

new 運算符的兩步語義

int *pi = new int(5); 實際分解為：

1. 調用 `operator new(sizeof(int))` 分配原始內存（底層通常呼叫 `malloc`）。
2. 在分配的內存上構造對象：`*pi = 5;`（對於類類型調用構造函數）。

編譯器生成類似：

int *pi;
if (pi = (int*)operator new(sizeof(int))) *pi = 5;

delete 運算符的保護語義

delete pi; 要求對空指針無操作，編譯器生成：

if (pi != 0) operator delete(pi);

注意：`delete` 後指針值不自動置零，後續使用屬於未定義行為。

類對象的 new/delete

Point3d *p = new Point3d;
// 轉換為：
Point3d *p;
if (p = (Point3d*)operator new(sizeof(Point3d)))
    p->Point3d::Point3d(); // 調用構造函數

異常安全：構造拋出異常時，編譯器會調用 `operator delete` 釋放內存。

標準庫 operator new 實現要點

void* operator new(size_t size) {
    if (size == 0) size = 1; // 保證返回唯一指針
    void* p;
    while (!(p = malloc(size))) {
        if (new_handler) (*new_handler)();
        else return 0; // 或拋 bad_alloc
    }
    return p;
}
void operator delete(void* p) {
    if (p) free(p);
}

數組 new 的特殊語義

• new T[n]：若 T 為 POD 類型（無構造/析構），僅調用 `operator new[](n*sizeof(T))`。
   若 T 有構造函數，調用內部 `vec_new` 循環構造每個元素，並記錄元素個數（cookie 或關聯表）供 `delete[]` 使用。
• delete[] p 必須匹配 new[]，否則僅析構第一個元素導致內存洩漏。

Cookie 與關聯表

• Cookie：在分配塊頭部額外存一個 `size_t` 記錄元素數。風險：壞指針導致讀取錯誤 cookie，析構次數錯誤。
• 關聯表（如 Sun 編譯器）：維護全局表映射指針→(大小, 析構函數)，壞指針僅導致查表失敗，相對安全。