如何防止 C++ new/delete 中的内存间隙？答案

【问题标题】：How to prevent memory gaps in C++ new/delete?如何防止 C++ new/delete 中的内存间隙？
【发布时间】：2021-03-08 12:10:18
【问题描述】：

我有一个基类，并且（可能）有许多派生类。我想为这些派生类提供 4 个实例，但这些实例会发生变化。例如。假设派生类 C1..C20，则删除 C4 的一个实例，并创建一个新实例 C7。

由于内存限制，我无法创建所有派生类的 4 个实例。

我在 Arduino 平台上工作。我可以假设：

当我delete一个实例和new一个实例，并且派生类没有任何实例变量时，delete第一个实例的内存缺口，会被new创建的实例填充?请注意，派生类有不同的方法（但我认为这只影响 V-table）。
我可以假设，当实例使用的内存量相同时，这也是正确的吗？（例如，如果基类使用 10 字节，派生实例使用 20 字节，新实例也使用 20 字节，那么它将使用相同的空间吗？

如果情况 2 为真，那么让两个实例保持相同（内存）大小的最佳方法是什么？就像为差异放置一个未使用的字节数组一样，例如：

class C
{ 
   byte a;
}

class C1: C
{
   byte a;
   long b;
}

class C2: C
{
   byte a;
   byte _unused[4];
}

我猜我也必须考虑对齐？

【问题讨论】：

【解决方案1】：

在这种非常特殊的情况下，您可以使用您想要使用的所有类型的union。这可以保证您始终为最大的类分配足够的内存，而无需任何手工编写的代码。因此，您无需编写 sizeof(largest_type) 的手工版本。

之后，您可以随意使用delete 和new at。

顺便说一句：这是std::variant 的经典用例。

问题是没有arduino platform！ Arduino 可以涵盖从没有任何 STL 支持的 AVR 8 位控制器到 ARM 的所有功能。不知道你是否可以使用std::variant。

【讨论】：

谢谢...即使可以支持 STL，也可能会增加很多资源。
@MichelKeijzers：联合没有添加任何内容，std::variant 没有添加更多内容，因为您还必须自己动手制作开关盒或跳台。即使这样，您也必须将哪种类型存储在独立于您的联合中的“某处”，无论它是否写为联合。
即使我认为union 是这里的方法，如果某些类不是标准布局类和/或没有默认构造函数，它也需要特殊处理。工会成员的创建/销毁必须是明确的并使用放置新指令...
@SergeBallesta：实际上，您将亲手实现std::variant。如果您不喜欢将对象放在手工制作的联合中，则可以通过联合的大小来确定所有对象的大小，即使您没有实例化一个。因此，如果工会“内部”的所有东西都难以处理，那么您可以同时兼顾两个世界。

【解决方案2】：

你必须确保

然后您可以分配足够的内存来容纳 4 个实例并使用new(buffer) Type 来构造实例。完成并想要切换类型后，您可以在每个实例上调用析构函数并将placement new 用于其他类型。

【讨论】：

谢谢，是的，这确实是最好的方法。我想最初我创建了 4 个实例，它们是“最大的”（或一个虚拟的大型基类）。
@MichelKeijzers 你可以制作一个像alignas(most_strict_type) unsigned char buffer[sizeof(largest_type)]; 这样的字符缓冲区，其中most_strict_type 和largest_type 是适当的派生类。然后使用placement new 在这个缓冲区中构造对象。
太好了，谢谢。我在考虑 max(sizeof(derived_class_1), .... ) 但可能在编译时不起作用。
@MichelKeijzers 你可以编写一个编译时max，这样会更健壮。
我尝试了一些东西，它似乎有效。我将放置new 用于实例。我为每个派生类型使用Max(sizeof(...), sizeof(...), sizeof(...))，所以我只有一个地方有派生类，这是创建不同派生实例的工厂的一部分。给其他人的提示（尤其是在 Arduin 上）：别忘了#include <new>