placementnew(定位new)

本文介绍了定位放置new(placement new)的作用,即把对象放置在内存特殊位置,给出了代码示例。同时给出使用建议,强调只有在意对象内存特定位置时才用。还指出使用时要注意内存大小、边界调整,且需显式调用析构函数。
定位放置new(placement new)有很多作用。最简单的用处就是将对象放置在内存中的特殊位置。这是依靠 new表达式部分的指针参数的位置来完成的:
 
 #include <new>        // 必须 #include 这个,才能使用 "placement new"
 #include "Fred.h"     // class Fred 的声明
 
 void someCode()
 {
   char memory[sizeof(Fred)];     // Line #1
   void* place = memory;          // Line #2
 
   Fred* f = new(place) Fred();   // Line #3 (详见以下的“危险”)
   // The pointers f and place will be equal
 
   // ...
 }
Line #1 在内存中创建了一个sizeof(Fred)字节大小的数组,足够放下 Fred 对象。Line #2 创建了一个指向这块内存的首字节的place指针(有经验的 C 程序员会注意到这一步是多余的,这儿只是为了使代码更明显)。Line #3 本质上只是调用了构造函数 Fred::Fred()。Fred构造函数中的this指针将等于place。因此返回的 f 将等于place。
建议:万不得已时才使用“placement new”语法。只有当你真的在意对象在内存中的特定位置时才使用它。例如,你的硬件有一个内存映象的 I/O计时器设备,并且你想放置一个Clock对象在那个内存位置。
危险:你要独自承担这样的责任,传递给“placement new”操作符的指针所指向的内存区域必须足够大,并且可能需要为所创建的对象进行边界调整。编译器和运行时系统都不会进行任何的尝试来检查你做的是否正确。如果 Fred 类需要将边界调整为4字节,而你提供的位置没有进行边界调整的话,你就会亲手制造一个严重的灾难(如果你不明白“边界调整”的意思,那么就不要使用placement new语法)。
你还有析构放置的对象的责任。这通过显式调用析构函数来完成:
 void someCode()
 {
   char memory[sizeof(Fred)];
   void* p = memory;
   Fred* f = new(p) Fred();
   // ...
   f->~Fred();   // 显式调用定位放置的对象的析构函数
 }
这是显式调用析构函数的唯一时机。
<think> 我们正在讨论定位new运算符(placement new)。根据引用内容,定位new运算符允许我们在指定的内存位置构造对象,而不是在堆上动态分配新的内存。这在某些需要精确控制内存布局或避免额外内存分配的场合非常有用。 关键点总结: 1. 定位new语法:`new (address) Type(initializer);` 其中`address`是指定的内存地址。 2. 使用定位new时,我们需要提前分配好内存(比如静态数组、堆上分配的原始内存等)。 3. 对于使用定位new创建的对象,需要显式调用析构函数(因为不会自动调用),并且要注意对象的销毁顺序(通常与创建顺序相反)。 4. 不能对定位new创建的对象使用`delete`运算符,因为该内存不是通过普通new分配的。我们需要手动管理内存的释放(如果是堆内存,则需要手动释放,但如果是静态数组则不需要)。 下面我将详细解释定位new运算符,包括其使用步骤、注意事项和示例。 ### 定位new运算符详解 #### 1. 基本概念 定位new运算符是C++中的一种特殊的内存管理方式,它允许我们在已分配的内存地址上构造对象。其语法形式为: ```cpp new (address) Type(initializer); ``` 其中: - `address`:预先分配好的内存地址(指针)。 - `Type`:要构造的对象类型。 - `initializer`:构造函数的参数(可选)。 #### 2. 使用步骤 使用定位new运算符通常包括以下步骤: 1. **分配内存**:预先分配一块足够容纳对象的内存(可以是静态数组、动态分配的原始内存等)。 2. **构造对象**:使用定位new运算符在指定内存地址构造对象。 3. **使用对象**:正常使用该对象。 4. **析构对象**:显式调用对象的析构函数(必须)。 5. **释放内存**:如果内存是动态分配的,则需要释放;如果是静态内存(如全局数组)则不需要释放(但对象析构后,内存仍然可以被重用)。 #### 3. 注意事项 - **显式析构**:定位new创建的对象不会自动调用析构函数,必须显式调用,例如:`obj->~ClassName();`。 - **构造顺序**:对于多个对象,应注意构造和析构的顺序。通常,析构顺序应与构造顺序相反(因为后构造的对象可能依赖于先构造的对象)。 - **内存对齐**:预先分配的内存地址必须满足该类型的内存对齐要求,否则可能导致未定义行为(UB)。 - **内存重叠**:确保不同对象的内存区域不重叠。 #### 4. 示例代码 以下示例展示了定位new运算符的基本使用(基于引用[1]和[4]): ```cpp #include <iostream> #include <new> // 必须包含头文件<new> using namespace std; // 预分配内存(静态数组) char buffer[1024]; // 全局数组,用于存储对象 int main() { // 在buffer的起始位置构造一个整数 int* pInt = new (buffer) int(42); cout << "Value: " << *pInt << endl; cout << "Address in buffer: " << (void*)pInt << " vs buffer: " << (void*)buffer << endl; // 在buffer的偏移位置构造一个整数数组(注意内存对齐) double* pDouble = new (buffer + sizeof(int)) double(3.14); cout << "Double value: " << *pDouble << endl; // 显式调用析构函数(顺序与构造相反) pDouble->~double(); // 对于内置类型,析构函数调用是可选的,但类类型必须调用 // 注意:内置类型没有析构函数,但为了统一,可以调用(无害)或者不调用(因为无操作)。但对于类类型,必须调用。 // 对于类类型 class MyClass { public: MyClass() { cout << "MyClass constructed\n"; } ~MyClass() { cout << "MyClass destroyed\n"; } }; // 在buffer的另一个位置构造MyClass对象 MyClass* pObj = new (buffer + sizeof(int) + sizeof(double)) MyClass(); // ... 使用pObj ... pObj->~MyClass(); // 必须显式调用析构函数 return 0; } ``` #### 5. 常见问题 - **内存重用**:同一块内存可以被多次使用,但必须确保每次使用前,之前的对象已经被析构(且内存未被破坏)。 - **数组构造**:可以使用定位new构造数组(如引用[4]中的`new (buffer) double[4]`),但需要注意: - 数组的大小不能超过预分配内存。 - 析构时需要调用每个元素的析构函数(对于数组,需要显式调用每个元素的析构函数,并注意顺序)。 - 通常,对于数组,我们无法直接通过指针调用整个数组的析构函数(因为定位new数组没有标准的释放方式)。我们需要手动遍历数组并调用每个元素的析构函数,例如: ```cpp for (int i = 0; i < arraySize; ++i) { (pArray + i)->~Type(); } ``` 并且不要使用`delete[]`(因为内存不是通过`new[]`分配的)。 ### 典型应用场景 1. **内存池**:自定义内存分配策略(避免频繁的堆分配)。 2. **嵌入式系统**:在特定物理地址上构造硬件寄存器对象。 3. **实时系统**:避免动态分配内存的不确定性。 4. **对象缓存**:重用已分配的内存以减少分配开销。 §§相关问题§§ 1. 定位new运算符与普通new运算符的主要区别是什么?[^2] 2. 为什么使用定位new创建的对象需要显式调用析构函数?[^3] 3. 定位new运算符在内存池技术中如何应用? 4. 如何安全地使用定位new运算符构造数组?[^4] </think> ### 定位 new 运算符详解 定位 new 运算符(Placement new)是 C++ 中特殊的动态内存分配机制,允许在**预先分配的内存地址**上构造对象,而非通过常规 `new` 在堆上分配新内存。以下是核心要点: #### 一、基本语法与原理 1. **语法形式** `new (address) Type(initializer);` 其中: - `address`:预先分配好的内存地址(指针) - `Type`:要构造的对象类型 - `initializer`:构造函数的参数(可选) 2. **内存来源** 需预先分配内存(示例中常用静态数组): ```cpp char buffer[1024]; // 预先分配的静态内存 ``` #### 二、关键特性 1. **内存地址控制** 对象直接在指定地址构造(对比常规 `new` 的随机地址): ```cpp int* p1 = new int[10]; // 堆内存地址随机 int* p2 = new (buffer) int[10]; // 地址固定为 buffer ``` - ✅ 输出验证:`p2` 地址与 `buffer` 地址相同[^1][^4] 2. **析构函数需显式调用** 定位 new 创建的对象**不会自动调用析构函数**,必须手动调用: ```cpp MyClass* obj = new (buffer) MyClass(); obj->~MyClass(); // 显式调用析构函数[^3] ``` 3. **内存复用与重叠风险** 同一块内存可重复使用,但需注意覆盖问题: ```cpp double* pd4 = new (buffer) double[4]; // 覆盖之前数据 double* pd5 = new (buffer + 32) double[4]; // 正确:偏移32字节[^4] ``` #### 三、使用场景 1. **内存池优化** 预先分配大块内存,避免频繁调用 `new/delete` 的性能开销。 2. **硬件寄存器映射** 在嵌入式系统中直接操作硬件寄存器地址: ```cpp volatile uint32_t* reg = new (0x4000) uint32_t; ``` 3. **实时系统** 满足严格的内存布局要求和确定性执行时间。 #### 四、注意事项 1. **内存对齐** 预分配内存需满足类型对齐要求,否则引发未定义行为(UB): ```cpp alignas(double) char aligned_buffer[512]; // C++11对齐保证 ``` 2. **销毁顺序** 对象销毁顺序应与创建顺序**相反**(后创建的先销毁)[^3]: ```cpp // 创建顺序:objA → objB → objC objC->~MyClass(); objB->~MyClass(); objA->~MyClass(); ``` 3. **禁止 delete** 定位 new 的对象**不可用 `delete` 释放**(内存非堆分配): ```cpp // 错误!导致未定义行为 delete[] p2; // p2 指向 buffer[^4] ``` #### 五、典型代码流程 ```cpp #include <iostream> #include <new> struct MyClass { int id; MyClass(int i) : id(i) {} ~MyClass() { std::cout << "Destroy: " << id << "\n"; } }; int main() { alignas(MyClass) char pool[256]; // 预分配对齐内存 // STEP1: 构造对象 MyClass* obj1 = new (pool) MyClass(1); MyClass* obj2 = new (pool + sizeof(MyClass)) MyClass(2); // STEP2: 使用对象 std::cout << obj1->id << ", " << obj2->id << "\n"; // STEP3: 逆序销毁 obj2->~MyClass(); // 先销毁后创建的对象 obj1->~MyClass(); // 再销毁先创建的对象 // 注意:不释放 pool(静态内存) } ```
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