这里有人用过c++的“placement new”吗?如果有,为什么?在我看来,它只在内存映射硬件上有用。


当前回答

我在实时编程中使用过它。我们通常不希望在系统启动后执行任何动态分配(或重新分配),因为无法保证这将花费多长时间。

我能做的是预先分配一大块内存(大到足以容纳类可能需要的任何数量)。然后,一旦我在运行时弄清楚如何构造这些东西,就可以在我想要的地方使用放置new来构造对象。我知道我使用它的一种情况是帮助创建异构循环缓冲区。

这当然不适合胆小的人,但这就是为什么他们把它的语法弄得有点粗糙。

其他回答

当您想重新初始化全局或静态分配的结构时,它也很有用。

旧的C方法是使用memset()将所有元素设置为0。在c++中,由于虚函数和自定义对象构造函数,无法做到这一点。

所以我有时会用下面的方法

 static Mystruct m;

 for(...)  {
     // re-initialize the structure. Note the use of placement new
     // and the extra parenthesis after Mystruct to force initialization.
     new (&m) Mystruct();

     // do-some work that modifies m's content.
 }

我们将它用于自定义内存池。简单介绍一下:

class Pool {
public:
    Pool() { /* implementation details irrelevant */ };
    virtual ~Pool() { /* ditto */ };

    virtual void *allocate(size_t);
    virtual void deallocate(void *);

    static Pool *Pool::misc_pool() { return misc_pool_p; /* global MiscPool for general use */ }
};

class ClusterPool : public Pool { /* ... */ };
class FastPool : public Pool { /* ... */ };
class MapPool : public Pool { /* ... */ };
class MiscPool : public Pool { /* ... */ };

// elsewhere...

void *pnew_new(size_t size)
{
   return Pool::misc_pool()->allocate(size);
}

void *pnew_new(size_t size, Pool *pool_p)
{
   if (!pool_p) {
      return Pool::misc_pool()->allocate(size);
   }
   else {
      return pool_p->allocate(size);
   }
}

void pnew_delete(void *p)
{
   Pool *hp = Pool::find_pool(p);
   // note: if p == 0, then Pool::find_pool(p) will return 0.
   if (hp) {
      hp->deallocate(p);
   }
}

// elsewhere...

class Obj {
public:
   // misc ctors, dtors, etc.

   // just a sampling of new/del operators
   void *operator new(size_t s)             { return pnew_new(s); }
   void *operator new(size_t s, Pool *hp)   { return pnew_new(s, hp); }
   void operator delete(void *dp)           { pnew_delete(dp); }
   void operator delete(void *dp, Pool*)    { pnew_delete(dp); }

   void *operator new[](size_t s)           { return pnew_new(s); }
   void *operator new[](size_t s, Pool* hp) { return pnew_new(s, hp); }
   void operator delete[](void *dp)         { pnew_delete(dp); }
   void operator delete[](void *dp, Pool*)  { pnew_delete(dp); }
};

// elsewhere...

ClusterPool *cp = new ClusterPool(arg1, arg2, ...);

Obj *new_obj = new (cp) Obj(arg_a, arg_b, ...);

现在你可以将对象聚集在一个单独的内存区域中,选择一个非常快但不进行释放的分配器,使用内存映射,以及任何你希望通过选择池并将其作为参数传递给对象的放置new操作符来施加的语义。

它被std::vector<>使用,因为std::vector<>通常分配比vector<>中的对象更多的内存。

实际上,实现任何类型的数据结构都需要分配比插入元素数量的最低要求更多的内存(即,除了每次分配一个节点的链接结构之外的任何数据结构)。

以unordered_map、vector或deque等容器为例。这些都为您插入的元素分配了比最低要求更多的内存,以避免为每次插入都需要堆分配。让我们用向量作为最简单的例子。

当你这样做时:

vector<Foo> vec;

// Allocate memory for a thousand Foos:
vec.reserve(1000);

... 其实也造不出一千个foo。它只是为它们分配/保留内存。如果vector没有在这里使用放置new,它将在所有地方默认构造foo,并且必须调用它们的析构函数,即使是对于你从未在第一个位置插入的元素。

分配=建设,解放=毁灭

一般来说,要实现像上面这样的许多数据结构,不能将分配内存和构造元素视为一个不可分割的事情,同样也不能将释放内存和销毁元素视为一个不可分割的事情。

为了避免不必要地向左或向右调用多余的构造函数和析构函数,这就是标准库将std::allocator(在分配/释放内存*时不构造或销毁元素)的思想与使用它的容器分开的原因,这些容器使用放置new手动构造元素,使用显式调用析构函数手动销毁元素。

我讨厌std::allocator的设计,但这是一个不同的主题,我将避免咆哮。: - d

So anyway, I tend to use it a lot since I've written a number of general-purpose standard-compliant C++ containers that could not be built in terms of the existing ones. Included among them is a small vector implementation I built a couple decades ago to avoid heap allocations in common cases, and a memory-efficient trie (doesn't allocate one node at a time). In both cases I couldn't really implement them using the existing containers, and so I had to use placement new to avoid superfluously invoking constructors and destructors on things unnecessary left and right.

当然,如果你曾经使用自定义分配器来单独分配对象,比如一个free list,那么你通常也会想使用placement new,就像这样(基本的例子,不需要担心异常安全或RAII):

Foo* foo = new(free_list.allocate()) Foo(...);
...
foo->~Foo();
free_list.free(foo);

我认为任何答案都没有强调这一点,但新位置的另一个好例子和用法是减少内存碎片(通过使用内存池)。这在嵌入式和高可用性系统中特别有用。在最后一种情况下,这一点特别重要,因为对于一个必须运行24/365天的系统来说,没有碎片是非常重要的。此问题与内存泄漏无关。

Even when a very good malloc implementation is used (or similar memory management function) it's very difficult to deal with fragmentation for a long time. At some point if you don't manage cleverly the memory reservation/release calls you could end up with a lot of small gaps that are difficult to reuse (assign to new reservations). So, one of the solutions that are used in this case is to use a memory pool to allocate before hand the memory for the application objects. After-wards each time you need memory for some object you just use the new placement to create a new object on the already reserved memory.

这样,一旦应用程序启动,就已经预留了所需的所有内存。所有新的内存预留/释放都将分配到已分配的池中(您可能有几个池,每个池对应一个不同的对象类)。在这种情况下不会发生内存碎片,因为没有间隙,您的系统可以运行很长时间(数年)而不会出现内存碎片。

我在实践中看到过这种情况,特别是在VxWorks RTOS中,因为它的默认内存分配系统受到了很多碎片的影响。因此,通过标准的new/malloc方法分配内存在项目中基本上是被禁止的。所有的内存预留都应该到一个专用的内存池中。