C++的new之一placement new讲解

placement new(转) - 莫水千流 - 博客园
http://www.cnblogs.com/zhoug2020/archive/2012/04/06/2434245.html

placement new(转)

今天看STL源码遇到一个问题：

 

template <class _T1, class _T2>
inline void _Construct(_T1* __p, const _T2& __value) {
  new ((void*) __p) _T1(__value);
}

 

上网搜到了一些文章，分享了：

 

原帖地址： http://www.ksarea.com/articles/20080124_cc.html

 

placement new释疑

"placement new"? 它到底是什么东东呀？我也是最近几天才听说，看来对于C++我还差很远呀！placement new 是重载operator new的一个标准、全局的版本，它不能被自定义的版本代替（不像普通的operator new和operator delete能够被替换成用户自定义的版本）。

它的原型如下： 
void *operator new( size_t, void *p ) throw()  { return p; }

首先我们区分下几个容易混淆的关键词：new、operator new、placement new 
new和delete操作符我们应该都用过，它们是对堆中的内存进行申请和释放，而这两个都是不能被重载的。要实现不同的内存分配行为，需要重载operator new，而不是new和delete。

看如下代码： 
class MyClass {…}; 
MyClass * p=new MyClass;

这里的new实际上是执行如下3个过程：

1. 调用operator new分配内存 ；2. 调用构造函数生成类对象；3. 返回相应指针。

operator new就像operator+一样，是可以重载的，但是不能在全局对原型为void operator new(size_t size)这个原型进行重载，一般只能在类中进行重载。如果类中没有重载operator new，那么调用的就是全局的::operator new来完成堆的分配。同理，operator new[]、operator delete、operator delete[]也是可以重载的，一般你重载的其中一个，那么最后把其余的三个都重载一遍。

至于placement new才是本文的重点。其实它也只是operator new的一个重载的版本，只是我们很少用到它。如果你想在已经分配的内存中创建一个对象，使用new时行不通的。也就是说placement new允许你在一个已经分配好的内存中（栈或者堆中）构造一个新的对象。原型中void*p实际上就是指向一个已经分配好的内存缓冲区的的首地址。

我们知道使用new操作符分配内存需要在堆中查找足够大的剩余空间，这个操作速度是很慢的，而且有可能出现无法分配内存的异常（空间不够）。 placement new就可以解决这个问题。我们构造对象都是在一个预先准备好了的内存缓冲区中进行，不需要查找内存，内存分配的时间是常数；而且不会出现在程序运行中途出现内存不足的异常。所以，placement new非常适合那些对时间要求比较高，长时间运行不希望被打断的应用程序。

使用方法如下： 
1. 缓冲区提前分配 
可以使用堆的空间，也可以使用栈的空间，所以分配方式有如下两种： 
class MyClass {…}; 
char *buf=new char[N*sizeof(MyClass)+sizeof(int)];或者char buf[N*sizeof(MyClass)+sizeof(int)];

2. 对象的构造 
MyClass * pClass=new(buf) MyClass;

3. 对象的销毁 
一旦这个对象使用完毕，你必须显式的调用类的析构函数进行销毁对象。但此时内存空间不会被释放，以便其他的对象的构造。 
pClass->~MyClass();

4. 内存的释放 
如果缓冲区在堆中，那么调用delete[] buf;进行内存的释放；如果在栈中，那么在其作用域内有效，跳出作用域，内存自动释放。

注意：

• 在C++标准中，对于placement operator new []有如下的说明： placement operator new[] needs implementation-defined amount of additional storage to save a size of array. 所以我们必须申请比原始对象大小多出sizeof(int)个字节来存放对象的个数，或者说数组的大小。
• 使用方法第二步中的new才是placement new，其实是没有申请内存的，只是调用了构造函数，返回一个指向已经分配好的内存的一个指针，所以对象销毁的时候不需要调用delete释放空间，但必须调用析构函数销毁对象。

placement new 是重载operator new 的一个标准、全局的版本，它不能够被自定义的版本代替（不像普通版本的operator new 和 operator delete能够被替换）。

void *operator new( size_t, void *p ) throw()     { return p; }

placement new的执行忽略了size_t参数，只返还第二个参数。其结果是允许用户把一个对象放到一个特定的地方，达到调用构造函数的效果。

和其他普通的new不同的是，它在括号里多了另外一个参数。比如：
Widget * p = new Widget; - - - - - - - - - //ordinary new 
pi = new (ptr) int; pi = new (ptr) int;     //placement new

括号里的参数ptr是一个指针，它指向一个内存缓冲器，placement new将在这个缓冲器上分配一个对象。Placement new的返回值是这个被构造对象的地址(比如括号中的传递参数)。placement new主要适用于：在对时间要求非常高的应用程序中，因为这些程序分配的时间是确定的；长时间运行而不被打断的程序；以及执行一个垃圾收集器 (garbage collector)。
    new 、operator new 和 placement new 区别
new ：不能被重载，其行为总是一致的。它先调用operator new分配内存，然后调用构造函数初始化那段内存。

operator new：要实现不同的内存分配行为，应该重载operator new，而不是new。

delete和operator delete类似。

placement new：只是operator new重载的一个版本。它并不分配内存，只是返回指向已经分配好的某段内存的一个指针。因此不能删除它，但需要调用对象的析构函数。
    new 操作符的执行过程
1. 调用operator new分配内存 ；
2. 调用构造函数生成类对象；
3. 返回相应指针。

operator new 就像operator+一样，是可以重载的。如果类中没有重载operator new，那么调用的就是全局的::operator new来完成堆的分配。同理，operator new[]、operator delete、operator delete[]也是可以重载的，其实 operator new也是operator new的一个重载的版本，只是很少用而已。如果你想在已经分配的内存中创建一个对象，使用new时行不通的。也就是说placement new允许你在一个已经分配好的内存中（栈或者堆中）构造一个新的对象。原型中void*p实际上就是指向一个已经分配好的内存缓冲区的的首地址。
    Placement new 存在的理由
1.用Placement new 解决buffer的问题

问题描述：用new分配的数组缓冲时，由于调用了默认构造函数，因此执行效率上不佳。若没有默认构造函数则会发生编译时错误。如果你想在预分配的内存上创建对象，用缺省的new操作符是行不通的。要解决这个问题，你可以用placement new构造。它允许你构造一个新对象到预分配的内存上。

2.增大时空效率的问题
 
使用new操作符分配内存需要在堆中查找足够大的剩余空间，显然这个操作速度是很慢的，而且有可能出现无法分配内存的异常（空间不够）。 
placement new 就可以解决这个问题。我们构造对象都是在一个预先准备好了的内存缓冲区中进行，不需要查找内存，内存分配的时间是常数；而且不会出现在程序运行中途出现内存不足的异常。所以，placement new非常适合那些对时间要求比较高，长时间运行不希望被打断的应用程序。
    使用步骤
在很多情况下，placement new的使用方法和其他普通的new有所不同。这里提供了它的使用步骤。

第一步  缓存提前分配
有三种方式：
1.为了保证通过placement new使用的缓存区的memory alignmen(内存队列)正确准备，使用普通的new来分配它：在堆上进行分配

class Task ;

char * buff = new [sizeof(Task)]; //分配内存

(请注意auto或者static内存并非都正确地为每一个对象类型排列，所以，你将不能以placement new使用它们。)

2.在栈上进行分配

class Task ;
char buf[N*sizeof(Task)]; //分配内存

3.还有一种方式，就是直接通过地址来使用。(必须是有意义的地址)

void* buf = reinterpret_cast<void*> (0xF00F);

第二步：对象的分配

在刚才已分配的缓存区调用placement new来构造一个对象。

Task *ptask = new (buf) Task
第三步：使用
按照普通方式使用分配的对象：

ptask->memberfunction();

ptask-> member;

//...

第四步：对象的析构

一旦你使用完这个对象，你必须调用它的析构函数来毁灭它。按照下面的方式调用析构函数：

ptask->~Task(); //调用外在的析构函数

第五步：释放

你可以反复利用缓存并给它分配一个新的对象（重复步骤2，3，4）如果你不打算再次使用这个缓存，你可以象这样释放它：

delete [] buf;

跳过任何步骤就可能导致运行时间的崩溃，内存泄露，以及其它的意想不到的情况。如果你确实需要使用placement new，请认真遵循以上的步骤。