placement new 在一塊已分配記憶體上建立物件
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,它們是對堆中的記憶體進行申請和釋放,而這兩個都是不能被過載的。要實現不同的記憶體分配行為,需要過載operator new,而不是new和delete。
看如下程式碼:
class MyClass {…};
MyClass * p=new MyClass;
這裡的new實際上是執行如下3個過程:
1. 呼叫operator new分配記憶體 ;2. 呼叫建構函式生成類物件;3. 返回相應指標。
operator new就像operator+一樣,是可以過載的,但是不能在全域性對原型為void operator new(size_t size)這個原型進行過載,一般只能在類中進行過載。如果類中沒有過載operator new,那麼呼叫的就是全域性的::operator new來完成堆的分配。同理,operator new[]、operator delete、operator delete[]也是可以過載的,一般你過載的其中一個,那麼最後把其餘的三個都過載一遍。
至於placement new才是本文的重點。其實它也只是operator new的一個過載的版本,只是我們很少用到它。如果你想在已經分配的記憶體中建立一個物件,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記憶體中(棧或者堆中)構造一個新的物件。原型中void*p實際上就是指向一個已經分配好的記憶體緩衝區的的首地址。
我們知道使用new操作符分配記憶體需要在堆中查詢足夠大的剩餘空間,這個操作速度是很慢的,而且有可能出現無法分配記憶體的異常(空間不夠)。placement new就可以解決這個問題。我們構造物件都是在一個預先準備好了的記憶體緩衝區中進行,不需要查詢記憶體,記憶體分配的時間是常數;而且不會出現在程式執行中途出現記憶體不足的異常。所以,placement new非常適合那些對時間要求比較高,長時間執行不希望被打斷的應用程式。
使用方法如下:
1. 緩衝區提前分配
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)
2. 物件的構造
MyClass * pClass=new(buf) MyClass;
3. 物件的銷燬
一旦這個物件使用完畢,你必須顯式的呼叫類的解構函式進行銷燬物件。但此時記憶體空間不會被釋放,以便其他的物件的構造。
pClass->~MyClass();
4. 記憶體的釋放
如果緩衝區在堆中,那麼呼叫delete[] buf;進行記憶體的釋放;如果在棧中,那麼在其作用域內有效,跳出作用域,記憶體自動釋放。
注意:
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物件大小多出sizeof(int)個位元組來存放物件的個數,或者說陣列的大小。使用方法第二步中的new才是placement new,其實是沒有申請記憶體的,只是呼叫了建構函式,返回一個指向已經分配好的記憶體的一個指標,所以物件銷燬的時候不需要呼叫delete釋放空間,但必須呼叫解構函式銷燬物件。
[使用方法]
在很多情況下,placement new的使用方法和其他普通的new有所不同。這裡提供了它的使用步驟。
第一步 快取提前分配為了保證通過placement new使用的快取區的memory alignmen(記憶體佇列)正確準備,使用普通的new來分配它:
class Task ;
char * buff = new [sizeof(Task)]; //分配記憶體
(請注意auto或者static記憶體並非都正確地為每一個物件型別排列,所以,你將不能以placement new使用它們。)
第二步:物件的分配在剛才已分配的快取區呼叫placement new來構造一個物件。
Task *ptask = new(buff) Task
第三步:使用按照普通方式使用分配的物件:
ptask->suspend();
ptask->resume();
//...
第四步:物件的毀滅一旦你使用完這個物件,你必須呼叫它的解構函式來毀滅它。按照下面的方式呼叫解構函式:
ptask->~Task(); //呼叫外在的解構函式
第五步:釋放你可以反覆利用快取並給它分配一個新的物件(重複步驟2,3,4)如果你不打算再次使用這個快取,你可以象這樣釋放它:
delete [] buff;
跳過任何步驟就可能導致執行時間的崩潰,記憶體洩露,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。
【Q & A】
1、placement new 為何物?
placement new 是過載operator new 的一個標準、全域性的版本,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引數,只返還第二個引數。其結果是允許使用者把一個物件放到一個特定的地方,達到呼叫建構函式的效果。
class SPort { ... }; // represents a serial port
const int comLoc = 0x00400000; // location of a port
//...
void *comAddr = reinterpret_cast<void *>(comLoc);
SPort *com1 = new (comAddr) SPort; // create object at comLoc
com1->~SPort(); //釋放
2、new 、operator new 和 placement new 一樣嗎?
new :不能被過載,其行為總是一致的。它先呼叫operator new分配記憶體,然後呼叫建構函式初始化那段記憶體。
operator new:要實現不同的記憶體分配行為,應該過載operator new,而不是new。
delete和operator delete類似。
placement new:只是operator new過載的一個版本。它並不分配記憶體,只是返回指向已經分配好的某段記憶體的一個指標。因此不能刪除它,但需要呼叫物件的解構函式。
3、在已有的記憶體上用placement new分配陣列
const int numComs = 4;
//...
SPort *comPorts = new (comAddr) SPort[numComs]; // create array
int i = numComs;
while( i )
comPorts[--i].~SPort();
4、用Placement new 解決buffer的問題
用new分配的陣列緩衝時,由於呼叫了預設建構函式,因此執行效率上不佳。若沒有預設建構函式則會發生編譯時錯誤。用Placement new可以解決此類問題。
const size_t n = sizeof(string) * BUFSIZE;
string *sbuf = static_cast<string *>(::operator new( n ));
int size = 0;
//此時,buffer還沒有初始化,因此需要用 placement new 呼叫copy建構函式初始化。
void append( string buf[], int &size, const string &val )
{ new (&buf[size++]) string( val ); } // placement new
//最後的清理
void cleanupBuf( string buf[], int size ) {
while( size )
buf[--size].~string(); // destroy initialized elements
::operator delete( buf ); // free storage
}