将空指针传递给新位置

Question

默认位置 new 运算符在 18.6 [support.dynamic] ¶1 中声明，具有不引发异常规范：

void* operator new (std::size_t size, void* ptr) noexcept;

这个函数除了return ptr;什么都不做，所以它是noexcept是合理的，但是根据5.3.4 [expr.new]¶15这意味着编译器必须检查它之前没有返回null调用对象的构造函数：

-15-
[注意： 除非使用非抛出异常规范 (15.4) 声明分配函数，否则它会通过抛出 std::bad_alloc 异常来指示分配存储失败（第 15 条，第 18.6.2.1 条）；否则它返回一个非空指针。如果分配函数声明为不抛出异常规范，则返回 null 以指示分配存储失败，否则返回非空指针。 —尾注]如果分配函数返回null，则不进行初始化，不调用deallocation函数，new-expression的值为null。

在我看来（特别是对于放置 new，不是一般情况）这个空检查是一个不幸的性能损失，尽管很小。

我一直在调试一些代码，其中放置 new 被用于对性能非常敏感的代码路径中，以改进编译器的代码生成，并在程序集中观察到 null 检查。通过提供一个特定于类的放置 new 重载，该重载使用抛出异常规范（即使它不可能抛出）声明，条件分支被删除，这也允许编译器为周围的内联函数生成更小的代码.说放置new 函数可以抛出，即使它不能，结果是明显更好的代码。

所以我一直想知道对于放置new 案例是否真的需要空检查。它可以返回 null 的唯一方法是如果你将它传递给 null。虽然写是可能的，而且显然是合法的：

void* ptr = nullptr;
Obj* obj = new (ptr) Obj();
assert( obj == nullptr );

我不明白为什么这会有用，我建议如果程序员在使用位置 new 之前必须明确检查 null 会更好，例如

Obj* obj = ptr ? new (ptr) Obj() : nullptr;

有没有人需要放置new 来正确处理空指针情况？ （即没有添加明确的检查 ptr 是一个有效的内存位置。）

我想知道禁止将空指针传递给默认位置new 函数是否合理，如果不是，是否有更好的方法来避免不必要的分支，而不是试图告诉编译器值不为空，例如

void* ptr = getAddress();
(void) *(Obj*)ptr;   // inform the optimiser that dereferencing pointer is valid
Obj* obj = new (ptr) Obj();

或者：

void* ptr = getAddress();
if (!ptr)
  __builtin_unreachable();  // same, but not portable
Obj* obj = new (ptr) Obj();

注意这个问题被有意标记为微优化，我不建议您为所有类型重载放置 new 以“提高”性能。这种影响在一个非常具体的性能关键案例中被注意到，并且基于分析和测量。

更新：DR 1748 将使用带有新位置的空指针设为未定义行为，因此不再需要编译器进行检查。

Answer 1

除了“有没有人需要放置 new 来正确处理空指针情况？”之外，我看不到很多问题。 （我没有），我认为这个案子很有趣，足以让人们对这个问题产生一些想法。

我认为标准被破坏或不完整 wrt 放置新功能和一般分配功能的要求。

如果您仔细查看引用的 §5.3.4,13，它意味着必须检查 每个 分配函数是否有返回的空指针，即使它不是 noexcept。所以应该改写成

如果分配函数用非抛出异常规范声明并且返回null，则不应进行初始化，不应调用释放函数，并且new-expression的值应为空。

这不会损害分配函数抛出异常的有效性，因为它们必须遵守§3.7.4.1：

[...] 如果成功，它将返回存储块的开始地址，其字节长度至少应与请求的大小一样大。 [...]返回的指针应适当对齐，以便可以将其转换为具有基本对齐要求（3.11）的任何完整对象类型的指针，然后用于访问分配的存储中的对象或数组（直到通过调用相应的释放函数显式释放存储）。

以及§5.3.4,14：

[ 注意：当分配函数返回一个非空值时，它必须是一个指向已为对象保留空间的存储块的指针。假定存储块已适当对齐并具有请求的大小。 [...] - 尾注]

显然，仅返回给定指针的放置 new 无法合理地检查可用存储大小和对齐方式。因此，

§18.6.1.3,1关于安置新说

[...] (3.7.4) 的规定不适用于 operator new 和 operator delete 的这些保留放置形式。

（我猜他们在那个地方没有提到§5.3.4,14。）

但是，这些段落间接说“如果你将垃圾指针传递给 palcement 函数，你会得到 UB，因为违反了 §5.3.4,14”。因此，由您来检查放置新位置的任何 poitner 的健全性。

本着这种精神，并通过重写 §5.3.4,13，该标准可以将 noexcept 从放置 new 中删除，从而导致对该间接结论的补充：“......如果你传递 null，你也得到 UB”。另一方面，与空指针相比，指针未对齐或指向内存太少的可能性要小得多。

但是，这将消除检查 null 的需要，并且非常符合“不要为不需要的东西付费”的理念。分配函数本身不需要检查，因为 §18.6.1.3,1 明确说明了这一点。

为了总结，可以考虑添加第二个重载

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

遗憾的是，向委员会提出此建议不太可能导致更改，因为它会破坏现有代码，依赖于放置 new 可以使用空指针。