在预先定义的内存位置构造一个对象

在预先定义的内存位置构造一个对象

赵湘宁

常常有人问这样一个C++问题：如何在预先定义的内存位置构造一个对象？在预先定义的内存缓冲构造一个对象有许多有用的应用。例如，一个定制的垃圾搜集器能使用一个大的预分配内存缓冲，用户在这个缓冲中构造其对象。当不再需要这些对象时，它们的存储空间被自动收回。
这个技术在重视时间的应用中也很有用。在预先分配的内存缓冲构造一个对象是一种“时间常量”操作，之所以这样说是因为程序分配操作本身不会浪费宝贵的时间。同时也要注意当系统没有足够的内存时，动态内存分配可能失败。因此，对于重视任务的应用，预先分配一个足够大的缓冲有时是不可避免的。
许多应用需要在给定的时间构造不同类型的对象。想一想这样一个例子，一个GUI应用根据用户的输入，每次、显示不同的对话框，利用重复分配和释放内存，这个应用能提前创建一个内存缓冲，并能在这个缓冲里反复构造和销毁不同类型的对象。
C++提供了几种特点来方便实现在预先决定的内存位置构造一个对象的任务。在这些特点中，包括一个特殊形式的new操作符，叫做“定位new”（placement new）操作，以及一个显式的析构处理。实现方法如下：
第一步：分配一个足够的内存缓冲区，以便存放给定类型的对象。如果想要每次构造不同类型的对象，需要至少以最大的对象所占空间的大小分配一个缓冲。预分配的缓冲是在可用内存空间中分配的纯字符数组。

        char * buff = new char [sizeof (Foo) ];  

一旦分配了缓冲，就能在缓冲中构造每一种类型的对象。为此，使用特殊版本的new操作符（“定位new”），以缓冲地址为placement new的参数。为了使用placement new，必须包含标准头文件<new>。下面的代码片断中，使用placement new操作在内存地址buff上构造类型为Foo的对象。

        #include <new>
        Foo * pfoo = new (buff) Foo; //使用new操作在buff上构造一个 Foo  

Placement new 以先前分配的缓冲（buff）地址作为参数，并在这个缓冲上构造给定类型的对象。他返回构造对象的指针，这个对象指针的使用与通常的指针使用没什么两样。

        unsigned int length = pfoo->size();
        pfoo->resize(100, 200);
        length = pfoo->size();  

当不再需要这个对象的时候，必须显式调用其析构函数释放空间。做这件事是有一些技巧的，因为许多人错误地假设对象会被自动销毁，错也！。在预分配的缓冲里构造另一个对象之前或者在释放缓冲之前，如果忘了显式调用析构函数，程序将产生不可预料的后果。显式的析构器声明如下：

        pfoo->~Foo(); //显式调用析构函数  

换句话说，一个显式的析构器与普通的成员函数调用一样，只是名字与普通的成员函数稍有差别。一旦对象被销毁，便可以在预分配的内存中再次构造另一个对象。实际上，这个过程可以无限制地重复：构造一个对象，销毁它，然后又反复利用预分配的缓冲构造新对象。
当不再需要预定义的缓冲时，或者说当应用程序关闭时，必须释放预定义的缓冲。使用delete[]完成这个任务，因为预定义的缓冲是一个字符数组。下列代码包含一个完整的例子的所有步骤，包括最终缓冲的释放：

#include <new>

  void placement_demo()
  { 
    //1. 预分配缓冲
    char * buff = new char [sizeof (Foo) ];  

    //2. 使用 placement new
    Foo * pfoo = new (buff) Foo;  
    
    //使用对象
    unsigned int length = pfoo->size();  
    pfoo->resize(100, 200);

    //3. 显式调用析构函数
    pfoo->~Foo();  
    
    //4. 释放预定义的缓冲
    delete [] buff;  
  }