跟我学C++中级篇——In-Place Construction 和placement new

一、In-Place Construction

In-Place Construction，就地构造或原地构造。它是什么意思呢？就是在最终使用 个对象的内存处直接创建对象。为什么会这样做？有什么目的？大家都知道，对C/C++来说，性能在开发中是一个重要的考量因素。在前面的一些优化的过程，都提出过各种的内存优化。比如返回值优化（RVO，NRVO），就可以减少对象的拷贝动作。而std::move和移动拷贝构造函数都可以减少临时对象的创建。
在前面分析一些STL的容器接口中，提出过尽量使用emplace_back而不使用传统的insert等，其中一个重要原因也是如此。

二、placement new

在看到前面的就地构造，会不会想起placement new操作符，在前面的分析中可以知道它可以在指定的内存上进行对象的构造，这是不是和In-Place Construction有些相通的味道。但placement new使用起来有些不方便，除了自己要搞定内存的控制外，生成对象的构造函数还需要开发者自己管理。
好，既然明白了有味道相似，那么就可以猜测到它们之间肯定存在着一些什么关系。
c++内存分配的管理中分析过，launder和start_lifetime_as

三、二者关系和应用场景

在前面的文章“c++17的launder”和“launder和start_lifetime_as”中都提到了placement new，也可以看到它们和In-Place Construction有些类似的使用方式。其实，仔细的分析会发现，In-Place Construction底层就是使用placement new来实现的。可以这样理解，In-Place Construction是上层抽象的封装应用，而placement new是底层的真正实现。举一个不太恰当的例子，正如new和 malloc的行为逻辑有些相似，new底层调用了malloc。
在很多的应的场景下，内存可能需要反复的创建和释放。这很容易产生内存碎片或严重影响效率。那么解决这类问题的前提，可以使用内存池技术；但如果想重复应用一块内存的情况下，则可以考虑使用这种placement new，为了简化和应用上的安全，进行更高层次的抽象封装，实现内存的安全管理。则可以使用In-Place Construction。
说了这些，哪些常见的情况下会有这种应用呢？
1、STL的容器操作的插入，如提到的vector等的empalce_back和empalce函数
2、内存池固定复用内存，减少动态分配的相关资源消耗，提高效率
3、延迟初始化需要在固定的内存中创建对象，包括模板中的某些参数处理等
4、自定义，可以根据开发者的特定需求进行处理，如程序中反复使用一块儿大的内存等

四、实例分析

下面看一个placement new例子：

#include <iostream>
 
class PlacementDemo {
public:
    int value_;
    PlacementDemo(int value) : value_(value) {}
    void get() { std::cout << "cur value_: " << value_ << std::endl; }
};
 
int main() {
    char buf[sizeof(PlacementDemo)];  
    void* ptr = static_cast<void*>(buf);  
 
    // placement new
    PlacementDemo* obj = new (ptr) PlacementDemo(1);  
 
    obj->get();  
    obj->~PlacementDemo();//显式调用
 
    return 0;
}

再看一个STL容器中In-Place Construction的例子：

#include <vector>
#include <string>

int main() {
    std::vector<std::string> vec;
    vec.emplace_back("demo"); //  vector 的尾部内存中原地构造 std::string对象
    return 0;
}

大家还可以翻一翻刚刚提到的前面几篇文章，对照学习，会有更大的收获。

五、总结

技术的进步不是一朝一夕完成的，它一定是从需求出发，不断的进行完善，然后被抽象出来。无论是RVO还是各种的内存优化，当然也包括今天提到的就地构造等，它们都是对追求效率和安全的一种演进过程。不管是开发者还是设计者，都要多学习这种优秀的经验，不断的融会贯通，提高自己的整体的水平。
既要拿来主义，又要明白主义，博采众家之长，这才是学习的最终目的。