C++中- placement new

博客介绍了operator new的三种形式。第一种分配指定大小内存并对齐,失败抛异常;第二种分配失败不抛异常,返回NULL;第三种是placement new,不分配内存,在指定位置构造对象。还给出了三种形式的调用示例,最后提及了placement new的例子。

一 operator new

void* operator new (std::size_t size) throw (std::bad_alloc);
void* operator new (std::size_t size, const std::nothrow_t& nothrow_constant) throw();
void* operator new (std::size_t size, void* ptr) throw();

  1. 第一种分配size个字节的存储空间,并将对象类型进行内存对齐。如果成功,返回一个非空的指针指向首地址。失败抛出bad_alloc异常。
  2. 第二种在分配失败时不抛出异常,它返回一个NULL指针。
  3. 第三种是placement new版本。它不分配内存,调用合适的构造函数在ptr所指的地方构造一个对象,之后返回实参指针ptr。

A* a = new A; //调用第一种
A* a = new(std::nothrow) A; //调用第二种
new §A(); //调用第三种 ,这里的p可以是堆中动态分配的内存,也可以是栈中缓冲。

二 placement new 例子

class TestA
{
public:
	void show()
	{
		cout << "num:" << num << endl;
	}
private:
	int num;
};

int main()
{
	{
		cout << "栈" << endl;
		char array_c[10];
		array_c[0] = '\0';
		array_c[1] = '\0';
		array_c[2] = '\0';
		array_c[3] = '\0';
		cout << (void*)array_c << endl;
		TestA* p = new (array_c)TestA;
		cout << p << endl;
		p->show();
		//delete p; 栈空间 第二次系统回收资源,会崩溃
	}

	{
		cout << endl;
		cout << "堆" << endl;
		char * parray_c = new char[10];
		parray_c[0] = '\0';
		parray_c[1] = '\0';
		parray_c[2] = '\0';
		parray_c[3] = '\0';
		cout << (void*)parray_c << endl;
		TestA* pA = new (parray_c)TestA;
		cout << pA << endl;
		pA->show();
		delete pA;
	}
	getchar();
	return 0;
}

结果
在这里插入图片描述

### 定义与功能 C++placement new为开发者提供了在特定内存地址构造对象的能力。一条new表达式(可能是placement-new表达式)需要做两件事:首先调用对应的operator new函数分配内存,然后在所分配的内存地址上构造对象[^1][^3]。 ### 应用场景 在内存敏感或追求极致性能的场景,如内存池实现、硬件交互中,placement new成为不可或缺的工具。通过直接在预分配内存上创建对象,有效规避了频繁内存分配的开销与碎片化问题。在进程间使用共享内存的时候,C++placement new也经常被用到。例如主进程分配共享内容,然后在共享内存上创建C++类对象,从进程直接attach到这块共享内容,拿到类对象,直接访问类对象的变量和函数[^1][^2]。 ### 异常处理 构造对象时调用构造函数有可能抛出异常。对于普通的new表达式,若构造函数抛出异常,它会调用普通的operator delete来释放刚刚分配的内存,以保证不出现内存泄漏;但是对于placement-new,由于它可能采取了特殊的内存分配方式,必须提供一个特殊的operator delete来处理这一情况,即自定义placement-delete。这个placement-delete所携带的额外参数与那个placement-new的额外参数相同。如果这个placement-delete不存在,运行期系统就无法知道究竟如何正确处理这个情况,可能导致内存泄漏,除非placement-new其实没有分配内存[^3]。 ### 与其他内存操作对比 - malloc和free是函数,new和delete是操作符。 - malloc申请的空间不会初始化,new可以初始化。 - malloc申请空间时,需要手动计算空间大小并传递,new只需在其后跟上空间的类型即可,如果是多个对象,[]中指定对象个数即可。 - malloc的返回值是void*,在使用时必须要强转,new不需要,因为new后面跟的是空间的类型。 - malloc申请空间失败时,返回的是NULL,因此使用时必须判空,new不需要,但是new需要捕获异常。 - 申请自定义类型对象时,malloc/free只会开辟空间,不会调用构造函数与析构函数,而new在申请空间后会调用构造函数完成对象的初始化,delete在释放空间前会调用析构函数完成空间中资源的清理[^4]。 ### 代码示例 ```cpp #include <iostream> #include <new> class MyClass { public: MyClass() { std::cout << "MyClass constructor" << std::endl; } ~MyClass() { std::cout << "MyClass destructor" << std::endl; } }; int main() { // 预分配内存 char* buffer = new char[sizeof(MyClass)]; // 使用placement new在预分配的内存上构造对象 MyClass* obj = new (buffer) MyClass(); // 显式调用析构函数 obj->~MyClass(); // 释放预分配的内存 delete[] buffer; return 0; } ```
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