placement new 在一块已分配内存上创建对象
2012-06-20 13:19
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placement new 在一块已分配内存上创建对象
2011-05-10 11:09
2011-05-10 11:09
placement new 是重载operator new的一个标准、全局的版本,它不能被自定义的版本代替(不像普通的operator new和operator delete能够被替换成用户自定义的版本)。 它的原型如下: void *operator new( size_t, void *p ) throw() { return p; } 首先我们区分下几个容易混淆的关键词:new、operator new、placement new new和delete操作符我们应该都用过,它们是对堆中的内存进行申请和释放,而这两个都是不能被重载的。要实现不同的内存分配行为,需要重载operator new,而不是new和delete。 看如下代码: class MyClass {…}; MyClass * p=new MyClass; 这里的new实际上是执行如下3个过程: 1. 调用operator new分配内存 ;2. 调用构造函数生成类对象;3. 返回相应指针。 operator new就像operator+一样,是可以重载的,但是不能在全局对原型为void operator new(size_t size)这个原型进行重载,一般只能在类中进行重载。如果类中没有重载operator new,那么调用的就是全局的::operator new来完成堆的分配。同理,operator new[]、operator delete、operator delete[]也是可以重载的,一般你重载的其中一个,那么最后把其余的三个都重载一遍。 至于placement new才是本文的重点。其实它也只是operator new的一个重载的版本,只是我们很少用到它。如果你想在已经分配的内存中创建一个对象,使用new时行不通的。也就是说placement new允许你在一个已经分配好的内存中(栈或者堆中)构造一个新的对象。原型中void*p实际上就是指向一个已经分配好的内存缓冲区的的首地址。 我们知道使用new操作符分配内存需要在堆中查找足够大的剩余空间,这个操作速度是很慢的,而且有可能出现无法分配内存的异常(空间不够)。placement new就可以解决这个问题。我们构造对象都是在一个预先准备好了的内存缓冲区中进行,不需要查找内存,内存分配的时间是常数;而且不会出现在程序运行中途出现内存不足的异常。所以,placement new非常适合那些对时间要求比较高,长时间运行不希望被打断的应用程序。 使用方法如下: 1. 缓冲区提前分配 可以使用堆的空间,也可以使用栈的空间,所以分配方式有如下两种: class MyClass {…}; char *buf=new char[N*sizeof(MyClass)+sizeof(int)];或者char buf[N*sizeof(MyClass)+sizeof(int)]; 2. 对象的构造 MyClass * pClass=new(buf) MyClass; 3. 对象的销毁 一旦这个对象使用完毕,你必须显式的调用类的析构函数进行销毁对象。但此时内存空间不会被释放,以便其他的对象的构造。 pClass->~MyClass(); 4. 内存的释放 如果缓冲区在堆中,那么调用delete[] buf;进行内存的释放;如果在栈中,那么在其作用域内有效,跳出作用域,内存自动释放。 注意: 在C++标准中,对于placement operator new []有如下的说明: placement operator new[] needs implementation-defined amount of additional storage to save a size of array. 所以我们必须申请比原始对象大小多出sizeof(int)个字节来存放对象的个数,或者说数组的大小。使用方法第二步中的new才是placement new,其实是没有申请内存的,只是调用了构造函数,返回一个指向已经分配好的内存的一个指针,所以对象销毁的时候不需要调用delete释放空间,但必须调用析构函数销毁对象。 [使用方法] 在很多情况下,placement new的使用方法和其他普通的new有所不同。这里提供了它的使用步骤。 第一步 缓存提前分配 为了保证通过placement new使用的缓存区的memory alignmen(内存队列)正确准备,使用普通的new来分配它: class Task ; char * buff = new [sizeof(Task)]; //分配内存 (请注意auto或者static内存并非都正确地为每一个对象类型排列,所以,你将不能以placement new使用它们。) 第二步:对象的分配 在刚才已分配的缓存区调用placement new来构造一个对象。 Task *ptask = new(buff) Task 第三步:使用 按照普通方式使用分配的对象: ptask->suspend(); ptask->resume(); //... 第四步:对象的毁灭 一旦你使用完这个对象,你必须调用它的析构函数来毁灭它。按照下面的方式调用析构函数: ptask->~Task(); //调用外在的析构函数 第五步:释放 你可以反复利用缓存并给它分配一个新的对象(重复步骤2,3,4)如果你不打算再次使用这个缓存,你可以象这样释放它: delete [] buff; 跳过任何步骤就可能导致运行时间的崩溃,内存泄露,以及其它的意想不到的情况。如果你确实需要使用placement new,请认真遵循以上的步骤。 【Q & A】 1、placement new 为何物? placement new 是重载operator new 的一个标准、全局的版本,它不能够被自定义的版本代替(不像普通版本的operator new 和 operator delete能够被替换)。 void *operator new( size_t, void *p ) throw() { return p; } placement new的执行忽略了size_t参数,只返还第二个参数。其结果是允许用户把一个对象放到一个特定的地方,达到调用构造函数的效果。 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(); //释放 2、new 、operator new 和 placement new 一样吗? new :不能被重载,其行为总是一致的。它先调用operator new分配内存,然后调用构造函数初始化那段内存。 operator new:要实现不同的内存分配行为,应该重载operator new,而不是new。 delete和operator delete类似。 placement new:只是operator new重载的一个版本。它并不分配内存,只是返回指向已经分配好的某段内存的一个指针。因此不能删除它,但需要调用对象的析构函数。 3、在已有的内存上用placement new分配数组 const int numComs = 4; //... SPort *comPorts = new (comAddr) SPort[numComs]; // create array int i = numComs; while( i ) comPorts[--i].~SPort(); 4、用Placement new 解决buffer的问题 用new分配的数组缓冲时,由于调用了默认构造函数,因此执行效率上不佳。若没有默认构造函数则会发生编译时错误。用Placement new可以解决此类问题。 const size_t n = sizeof(string) * BUFSIZE; string *sbuf = static_cast<string *>(::operator new( n )); int size = 0; //此时,buffer还没有初始化,因此需要用 placement new 调用copy构造函数初始化。 void append( string buf[], int &size, const string &val ) { new (&buf[size++]) string( val ); } // placement new //最后的清理 void cleanupBuf( string buf[], int size ) { while( size ) buf[--size].~string(); // destroy initialized elements ::operator delete( buf ); // free storage } |
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