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C++中placement new操作符

不足 滿足 緩存 內存泄露 tar 第二章 pcl 準備 垃圾收集

placement new是重載operator new的一個標準、全局的版本,它不能被自定義的版本代替(不像普通的operator new和operator delete能夠被替換成用戶自定義的版本)。

它的原型如下:

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

首先我們區分下幾個容易混淆的關鍵詞:new、operator new、placement new

new和delete操作符我們應該都用過,它們是對堆中的內存進行申請和釋放,而這兩個都是不能被重載的。要實現不同的內存分配行為,需要重載operator new,而不是new和delete。

看如下代碼:

class MyClass {…};

MyClass * p=new MyClass;

這裏的new實際上是執行如下3個過程:

1調用operator new分配內存;

2調用構造函數生成類對象;

3返回相應指針。

operator new就像operator+一樣,是可以重載的,但是不能在全局對原型為void operator new(size_t size)這個原型進行重載,一般只能在類中進行重載。如果類中沒有重載operator new,那麽調用的就是全局的::operator new來完成堆的分配。同理,operator new[]、operator delete、operator delete[]也是可以重載的,一般你重載了其中一個,那麽最好把其余三個都重載一遍。

placement new是operator new的一個重載版本,只是我們很少用到它。如果你想在已經分配的內存中創建一個對象,使用new是不行的。也就是說placement new允許你在一個已經分配好的內存中(棧或堆中)構造一個新的對象。原型中void*p實際上就是指向一個已經分配好的內存緩沖區的的首地址。

我們知道使用new操作符分配內存需要在堆中查找足夠大的剩余空間,這個操作速度是很慢的,而且有可能出現無法分配內存的異常(空間不夠)。placement new就可以解決這個問題。我們構造對象都是在一個預先準備好了的內存緩沖區中進行,不需要查找內存,內存分配的時間是常數;而且不會出現在程序運行中途出現內存不足的異常。所以,placement new非常適合那些對時間要求比較高,長時間運行不希望被打斷的應用程序。

使用方法如下:

1. 緩沖區提前分配

可以使用堆的空間,也可以使用棧的空間,所以分配方式有如下兩種:

class MyClass {…};
char *buf=new char[N*sizeof(MyClass)+ sizeof(int) ] ; 或者char buf[N*sizeof(MyClass)+ sizeof(int) ];

2. 對象的構造

MyClass * pClass=new(buf) MyClass;

3. 對象的銷毀

一旦這個對象使用完畢,你必須顯式的調用類的析構函數進行銷毀對象。但此時內存空間不會被釋放,以便其他的對象的構造。

pClass->~MyClass();

4. 內存的釋放

如果緩沖區在堆中,那麽調用delete[] buf;進行內存的釋放;如果在棧中,那麽在其作用域內有效,跳出作用域,內存自動釋放。

註意:

1) 在C++標準中,對於placement operator new []有如下的說明: placement operator new[] needs implementation-defined amount of additional storage to save a size of array. 所以我們必須申請比原始對象大小多出sizeof(int)個字節來存放對象的個數,或者說數組的大小。

2) 使用方法第二步中的new才是placement new,其實是沒有申請內存的,只是調用了構造函數,返回一個指向已經分配好的內存的一個指針,所以對象銷毀的時候不需要調用delete釋放空間,但必須調用析構函數銷毀對象。

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顯式調用構造函數和析構函數

今天跟同事聊天,他說到STL源碼有用到顯示調用析構函數。試一了一下。果然能行。

結果:

Constructors

Destructors //這個是顯示調用的析構函數

Destructors // 這個是delete調用的析構函數

這有什麽用?

有時候,在對象的生命周期結束前,想先結束這個對象的時候就會派上用場了。

由此想到的:

因為我知道。

new的時候,其實做了兩件事,一是:調用malloc分配所需內存,二是:調用構造函數。

delete的時候,也是做了兩件事,一是:調用析造函數,二是:調用free釋放內存。

所以推測構造函數也是可以顯式調用的。做了個實現。

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    MyClass* pMyClass = (MyClass*)malloc(sizeof(MyClass));
     pMyClass->MyClass();
    // …
}

編譯pMyClass->MyClass()出錯:

error C2273: ‘function-style cast‘ : illegal as right side of ‘->‘operator

天啊,它以為MyClass是這個類型。

解決辦法有兩個:

第一:pMyClass->MyClass::MyClass();
第二:new(pMyClass)MyClass();

第二種用法涉及C++ placement new 的用法 。

placement new的作用就是:創建對象(調用該類的構造函數)但是不分配內存,而是在已有的內存塊上面創建對象。用於需要反復創建並刪除的對象上,可以降低分配釋放內存的性能消耗。請查閱placement new相關資料。

顯示調用構造函數有什麽用?

有時候,你可能由於效率考慮要用到malloc去給類對象分配內存,因為malloc是不調用構造函數的,所以這個時候會派上用場了。

另外下面也是可以的,雖然內置類型沒有構造函數。

int* i = (int*)malloc(sizeof(int));
new (i) int();

感覺這些奇奇怪怪的用法最好在寫代碼庫時,為了達到某個目時去使用,不推薦應用開發時使用。

#include <iostream>
usingnamespace std;

class MyClass
{
public:
    MyClass()
    {
        cout <<"Constructors"<< endl;
    }
    ~MyClass()
    {
        cout <<"Destructors"<< endl;
    }

};

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
   MyClass* pMyClass =new MyClass;
   pMyClass->~MyClass();
   delete pMyClass;

}





 


C++中的new/delete與operator new/operator delete

new operator/delete operator就是new和delete操作符,而operator new/operator delete是函數。

new operator
(1)調用operator new分配足夠的空間,並調用相關對象的構造函數
(2)不可以被重載

operator new
(1)只分配所要求的空間,不調用相關對象的構造函數。當無法滿足所要求分配的空間時,則
->如果有new_handler,則調用new_handler,否則
->如果沒要求不拋出異常(以nothrow參數表達),則執行bad_alloc異常,否則
->返回0
(2)可以被重載
(3)重載時,返回類型必須聲明為void*
(4)重載時,第一個參數類型必須為表達要求分配空間的大小(字節),類型為size_t
(5)重載時,可以帶其它參數

delete 與 delete operator類似

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#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

class X
{
public:
    X() { cout<<"constructor of X"<<endl; }
    ~X() { cout<<"destructor of X"<<endl;}

    void* operator new(size_t size,string str)
    {
        cout<<"operator new size "<<size<<" with string "<<str<<endl;
        return ::operator new(size);
    }

    void operator delete(void* pointee)
    {
        cout<<"operator delete"<<endl;
        ::operator delete(pointee);
    }
private:
    int num;
};

int main()
{
    X *px = new("A new class") X;
    delete px;

    return 0;
}
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X* px = new X; //該行代碼中的new為new operator,它將調用類X中的operator new,為該類的對象分配空間,然後調用當前實例的構造函數。
delete px; //該行代碼中的delete為delete operator,它將調用該實例的析構函數,然後調用類X中的operator delete,以釋放該實例占用的空間。

new operator與delete operator的行為是不能夠也不應該被改變,這是C++標準作出的承諾。而operator new與operator delete和C語言中的malloc與free對應,只負責分配及釋放空間。但使用operator new分配的空間必須使用operator delete來釋放,而不能使用free,因為它們對內存使用的登記方式不同。反過來亦是一樣。你可以重載operator new和operator delete以實現對內存管理的不同要求,但你不能重載new operator或delete operator以改變它們的行為。

為什麽有必要寫自己的operator new和operator delete?
答案通常是:為了效率。缺省的operator new和operator delete具有非常好的通用性,它的這種靈活性也使得在某些特定的場合下,可以進一步改善它的性能。尤其在那些需要動態分配大量的但很小的對象的應用程序裏,情況更是如此。具體可參考《Effective C++》中的第二章內存管理。

Placement new的含義

placement new 是重載operator new 的一個標準、全局的版本,它不能夠被自定義的版本代替(不像普通版本的operator new和operator delete能夠被替換)。

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

placement new的執行忽略了size_t參數,只返還第二個參數。其結果是允許用戶把一個對象放到一個特定的地方,達到調用構造函數的效果。和其他普通的new不同的是,它在括號裏多了另外一個參數。比如:

Widget * p = new Widget; //ordinary new

pi = new (ptr) int; pi = new (ptr) int; //placement new

括號裏的參數ptr是一個指針,它指向一個內存緩沖器,placement new將在這個緩沖器上分配一個對象。Placement new的返回值是這個被構造對象的地址(比如括號中的傳遞參數)。placement new主要適用於:在對時間要求非常高的應用程序中,因為這些程序分配的時間是確定的;長時間運行而不被打斷的程序;以及執行一個垃圾收集器 (garbage collector)。

new 、operator new 和 placement new 區別

(1)new :不能被重載,其行為總是一致的。它先調用operator new分配內存,然後調用構造函數初始化那段內存。

new 操作符的執行過程:
1. 調用operator new分配內存 ;
2. 調用構造函數生成類對象;
3. 返回相應指針。

(2)operator new:要實現不同的內存分配行為,應該重載operator new,而不是new。

operator new就像operator + 一樣,是可以重載的。如果類中沒有重載operator new,那麽調用的就是全局的::operator new來完成堆的分配。同理,operator new[]、operator delete、operator delete[]也是可以重載的。

(3)placement new:只是operator new重載的一個版本。它並不分配內存,只是返回指向已經分配好的某段內存的一個指針。因此不能刪除它,但需要調用對象的析構函數。

如果你想在已經分配的內存中創建一個對象,使用new時行不通的。也就是說placement new允許你在一個已經分配好的內存中(棧或者堆中)構造一個新的對象。原型中void* p實際上就是指向一個已經分配好的內存緩沖區的的首地址。

Placement new 存在的理由

1.用placement new 解決buffer的問題

問題描述:用new分配的數組緩沖時,由於調用了默認構造函數,因此執行效率上不佳。若沒有默認構造函數則會發生編譯時錯誤。如果你想在預分配的內存上創建對象,用缺省的new操作符是行不通的。要解決這個問題,你可以用placement new構造。它允許你構造一個新對象到預分配的內存上。

2.增大時空效率的問題

使用new操作符分配內存需要在堆中查找足夠大的剩余空間,顯然這個操作速度是很慢的,而且有可能出現無法分配內存的異常(空間不夠)。placement new就可以解決這個問題。我們構造對象都是在一個預先準備好了的內存緩沖區中進行,不需要查找內存,內存分配的時間是常數;而且不會出現在程序運行中途出現內存不足的異常。所以,placement new非常適合那些對時間要求比較高,長時間運行不希望被打斷的應用程序。

Placement new使用步驟

在很多情況下,placement new的使用方法和其他普通的new有所不同。這裏提供了它的使用步驟。

第一步 緩存提前分配

有三種方式:

1.為了保證通過placement new使用的緩存區的memory alignment(內存隊列)正確準備,使用普通的new來分配它:在堆上進行分配
class Task ;
char * buff = new [sizeof(Task)]; //分配內存
(請註意auto或者static內存並非都正確地為每一個對象類型排列,所以,你將不能以placement new使用它們。)

2.在棧上進行分配
class Task ;
char buf[N*sizeof(Task)]; //分配內存

3.還有一種方式,就是直接通過地址來使用。(必須是有意義的地址)
void* buf = reinterpret_cast<void*> (0xF00F);

第二步:對象的分配

在剛才已分配的緩存區調用placement new來構造一個對象。
Task *ptask = new (buf) Task

第三步:使用

按照普通方式使用分配的對象:

ptask->memberfunction();

ptask-> member;

//...

第四步:對象的析構

一旦你使用完這個對象,你必須調用它的析構函數來毀滅它。按照下面的方式調用析構函數:
ptask->~Task(); //調用外在的析構函數

第五步:釋放

你可以反復利用緩存並給它分配一個新的對象(重復步驟2,3,4)如果你不打算再次使用這個緩存,你可以象這樣釋放它:delete [] buf;

跳過任何步驟就可能導致運行時間的崩潰,內存泄露,以及其它的意想不到的情況。如果你確實需要使用placement new,請認真遵循以上的步驟。

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#include <iostream>
using namespace std;

class X
{
public:
    X() { cout<<"constructor of X"<<endl; }
    ~X() { cout<<"destructor of X"<<endl;}

    void SetNum(int n)
    {
        num = n;
    }

    int GetNum()
    {
        return num;
    }

private:
    int num;
};

int main()
{
    char* buf = new char[sizeof(X)];
    X *px = new(buf) X;
    px->SetNum(10);
    cout<<px->GetNum()<<endl;
    px->~X();
    delete []buf;

    return 0;
}
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http://blog.csdn.net/w616589292/article/details/51044640

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