什么是C++中的placement new 直接内存构造的特殊用法解析

plac++ement new 是 c++ 中用于在已分配内存上构造对象的特殊 new 运算符。1. 它不分配新内存，而是使用已有缓冲区构造对象；2. 使用后需手动调用析构函数并释放内存；3. 常用于内存池管理、自定义分配器、序列化及嵌入式系统；4. 其底层原理是重载 operator new，直接返回传入指针；5. 与常规 new 的区别在于仅构造对象而非分配内存；6. 避免内存泄漏的方法包括手动调用析构函数和使用 raii 封装管理；7. 可结合自定义分配器实现高效内存控制，如固定大小块分配器。

placement new 是 C++ 中一种特殊的

new

new

解决方案

Placement new 的基本语法是：

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void* buffer = malloc(sizeof(MyClass)); // 分配内存
MyClass* obj = new (buffer) MyClass(constructor_arguments); // 在 buffer 上构造 MyClass 对象

这里，

new (buffer) MyClass(constructor_arguments)

buffer

MyClass

需要注意的是，使用 placement new 构造的对象，其析构函数需要手动调用，并且需要手动释放内存（如果

buffer

malloc

obj->~MyClass(); // 手动调用析构函数
free(buffer);     // 释放内存

使用 placement new 的场景

• 内存池管理： 当你需要频繁创建和销毁对象，但又不想每次都进行内存分配和释放时，可以使用内存池。内存池预先分配一块大的内存，然后使用 placement new 在这块内存上构造对象，避免了频繁的系统调用，提高了效率。
• 自定义内存分配器： 如果你需要自定义内存分配策略，例如使用特定的对齐方式或从特定的内存区域分配内存，可以使用 placement new 在自定义分配的内存上构造对象。
• 对象序列化和反序列化： 在对象序列化和反序列化过程中，可能需要在已分配的缓冲区中重新构造对象。Placement new 可以方便地实现这一点。
• 嵌入式系统： 在资源受限的嵌入式系统中，精确控制内存分配至关重要。Placement new 允许开发者在预先分配的内存区域中创建对象，避免动态内存分配带来的不确定性。

Placement new 的底层原理

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Placement new 实际上是一个重载的

operator new

operator new

operator new

副标题1：Placement new 与常规 new 的区别是什么？

常规

new

new

new

副标题2：使用 Placement new 如何避免内存泄漏？

避免内存泄漏的关键在于确保每个使用 placement new 构造的对象都正确地调用了析构函数，并且分配的内存也被正确地释放。一种常见的做法是使用 RAII (Resource Acquisition Is Initialization) 技术，将内存分配和释放封装在一个类中，利用对象的生命周期来管理内存。例如：

template 
class PlacementNewWrapper {
public:
    PlacementNewWrapper(size_t size) : buffer_(malloc(size)), obj_(nullptr), size_(size) {}

    ~PlacementNewWrapper() {
        if (obj_) {
            obj_->~T();
        }
        free(buffer_);
    }

    T* construct(auto&&... args) {
        obj_ = new (buffer_) T(std::forward(args)...);
        return obj_;
    }

private:
    void* buffer_;
    T* obj_;
    size_t size_;
};

// 使用示例
PlacementNewWrapper wrapper(sizeof(MyClass));
MyClass* myObj = wrapper.construct(arg1, arg2);
// 不需要手动释放内存和调用析构函数，wrapper 对象销毁时会自动处理

副标题3：Placement new 在实现自定义内存分配器中的具体应用？

自定义内存分配器通常会维护一块大的内存池，然后根据需要从内存池中分配内存。Placement new 可以与自定义内存分配器结合使用，在分配到的内存块上构造对象。例如，可以实现一个简单的固定大小块分配器：

class FixedSizeAllocator {
public:
    FixedSizeAllocator(size_t blockSize, size_t blockCount) : blockSize_(blockSize), blockCount_(blockCount), memory_(malloc(blockSize * blockCount)), freeList_(nullptr) {
        char* current = static_cast(memory_);
        for (size_t i = 0; i < blockCount; ++i) {
            *reinterpret_cast(current) = freeList_;
            freeList_ = current;
            current += blockSize;
        }
    }

    ~FixedSizeAllocator() {
        free(memory_);
    }

    void* allocate() {
        if (!freeList_) {
            return nullptr; // 内存池已满
        }
        void* block = freeList_;
        freeList_ = *reinterpret_cast(freeList_);
        return block;
    }

    void deallocate(void* block) {
        *reinterpret_cast(block) = freeList_;
        freeList_ = block;
    }

private:
    size_t blockSize_;
    size_t blockCount_;
    void* memory_;
    void* freeList_;
};

// 使用示例
FixedSizeAllocator allocator(sizeof(MyClass), 10);
void* memory = allocator.allocate();
if (memory) {
    MyClass* obj = new (memory) MyClass(arg1, arg2);
    // ... 使用 obj ...
    obj->~MyClass();
    allocator.deallocate(memory);
}

在这个例子中，

FixedSizeAllocator

allocate

deallocate

allocate

MyClass