使用 C++ 的“新位置”进行动态分配

Question

问题：如何使用“placement new”来创建动态大小的数组？或者更具体地说，如何从预先分配的内存中为数组元素分配内存。

我正在使用以下代码：

void* void_array = malloc(sizeof(Int)); 
Int* final_array = new(void_array) Int;

这保证了 final_array*（数组指针）是从 void_array* 保留的位置分配的。但是 final_array 元素呢？我也希望从预先分配的内存中分配它们。

P.S：我不得不说我正在使用一些 API 来控制磁贴架构。有一个功能与 malloc 完全一样，但也有其他功能，例如允许您控制已分配内存的属性。所以，我基本上需要做的是使用类似 malloc 的函数来分配具有我想要的属性的内存（例如，从哪个内存库，在哪里缓存等等）

Answer 1

首先，让我们确保我们都同意内存分配和对象构造的分离。考虑到这一点，假设我们有足够的内存来存储对象数组：

void * mem = std::malloc(sizeof(Foo) * N);

现在，您不能使用放置数组新，because it is broken。正确的做法是分别构造每个元素：

for (std::size_t i = 0; i != N; ++i)
{
    new (static_cast<Foo*>(mem) + i) Foo;
}

（只有指针运算需要强制转换。placement-new 所需的实际指针只是一个 void 指针。）

顺便说一下，这正是标准库容器的工作方式，以及标准库分配器的设计方式。关键是您已经知道元素的数量，因为您在初始内存分配中使用了它。因此，您不需要 C++ 数组-new 提供的魔法，它只是将数组大小存储在某处并调用构造函数和析构函数。

破坏是反向的：

for (std::size_t i = 0; i != N; ++i)
{
    (static_cast<Foo*>(mem) + i)->~Foo();
}

std::free(mem);

---

您必须了解的另一件事是：异常安全。上面的代码实际上是不正确的，除非Foo 有一个不抛出的构造函数。要正确编码，您还必须存储展开位置：

std::size_t cur = 0;
try
{
    for (std::size_t i = 0; i != N; ++i, ++cur)
    {
        new (static_cast<Foo*>(mem) + i) Foo;
    }
}
catch (...)
{
    for (std::size_t i = 0; i != cur; ++i)
    {
        (static_cast<Foo*>(mem) + i)->~Foo();
    }
    throw;
}

Answer 2

您应该覆盖operator new() 并使用它，而不是使用自定义malloc。这不是运营商new；有一个实际上称为operator new() 的函数，看起来可能令人困惑，它是普通（非放置）运算符new 使用的函数，用于获取构造对象的原始内存。当然，只有在需要特殊的内存管理时才需要覆盖；否则默认版本可以正常工作。

使用方法如下，假设你的数组大小为size:

Int* final_array = static_cast<Int*>(size == 0 ? 0 : operator new(sizeof(Int) * size));

然后你可以独立地构造和销毁每个元素。例如，对于元素n：

// Create
new(final_array + n) Int; // use whatever constructor you want

// Destroy
(final_array + n)->~Int();