在預(yù)先定義的內(nèi)存位置構(gòu)造一個(gè)對象

趙湘寧

??? 常常有人問這樣一個(gè)C++問題：如何在預(yù)先定義的內(nèi)存位置構(gòu)造一個(gè)對象？在預(yù)先定義的內(nèi)存緩沖構(gòu)造一個(gè)對象有許多有用的應(yīng)用。例如，一個(gè)定制的垃圾搜集器能使用一個(gè)大的預(yù)分配內(nèi)存緩沖，用戶在這個(gè)緩沖中構(gòu)造其對象。當(dāng)不再需要這些對象時(shí)，它們的存儲空間被自動收回。
?? 這個(gè)技術(shù)在重視時(shí)間的應(yīng)用中也很有用。在預(yù)先分配的內(nèi)存緩沖構(gòu)造一個(gè)對象是一種“時(shí)間常量”操作，之所以這樣說是因?yàn)槌绦蚍峙洳僮鞅旧聿粫速M(fèi)寶貴的時(shí)間。同時(shí)也要注意當(dāng)系統(tǒng)沒有足夠的內(nèi)存時(shí)，動態(tài)內(nèi)存分配可能失敗。因此，對于重視任務(wù)的應(yīng)用，預(yù)先分配一個(gè)足夠大的緩沖有時(shí)是不可避免的。
??? 許多應(yīng)用需要在給定的時(shí)間構(gòu)造不同類型的對象。想一想這樣一個(gè)例子，一個(gè)GUI應(yīng)用根據(jù)用戶的輸入，每次、顯示不同的對話框，利用重復(fù)分配和釋放內(nèi)存，這個(gè)應(yīng)用能提前創(chuàng)建一個(gè)內(nèi)存緩沖，并能在這個(gè)緩沖里反復(fù)構(gòu)造和銷毀不同類型的對象。
??? C++提供了幾種特點(diǎn)來方便實(shí)現(xiàn)在預(yù)先決定的內(nèi)存位置構(gòu)造一個(gè)對象的任務(wù)。在這些特點(diǎn)中，包括一個(gè)特殊形式的new操作符，叫做“定位new”（placement new）操作，以及一個(gè)顯式的析構(gòu)處理。實(shí)現(xiàn)方法如下：
??? 第一步：分配一個(gè)足夠的內(nèi)存緩沖區(qū)，以便存放給定類型的對象。如果想要每次構(gòu)造不同類型的對象，需要至少以最大的對象所占空間的大小分配一個(gè)緩沖。預(yù)分配的緩沖是在可用內(nèi)存空間中分配的純字符數(shù)組。

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

??? 一旦分配了緩沖，就能在緩沖中構(gòu)造每一種類型的對象。為此，使用特殊版本的new操作符（“定位new”），以緩沖地址為placement new的參數(shù)。為了使用placement new，必須包含標(biāo)準(zhǔn)頭文件<new>。下面的代碼片斷中，使用placement new操作在內(nèi)存地址buff上構(gòu)造類型為Foo的對象。

        #include <new>
        Foo * pfoo = new (buff) Foo; //使用new操作在buff上構(gòu)造一個(gè) Foo?  

??? Placement new 以先前分配的緩沖（buff）地址作為參數(shù)，并在這個(gè)緩沖上構(gòu)造給定類型的對象。他返回構(gòu)造對象的指針，這個(gè)對象指針的使用與通常的指針使用沒什么兩樣。

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

??? 當(dāng)不再需要這個(gè)對象的時(shí)候，必須顯式調(diào)用其析構(gòu)函數(shù)釋放空間。做這件事是有一些技巧的，因?yàn)樵S多人錯(cuò)誤地假設(shè)對象會被自動銷毀，錯(cuò)也！。在預(yù)分配的緩沖里構(gòu)造另一個(gè)對象之前或者在釋放緩沖之前，如果忘了顯式調(diào)用析構(gòu)函數(shù)，程序?qū)a(chǎn)生不可預(yù)料的后果。顯式的析構(gòu)器聲明如下：

        pfoo->~Foo(); //顯式調(diào)用析構(gòu)函數(shù)  

??? 換句話說，一個(gè)顯式的析構(gòu)器與普通的成員函數(shù)調(diào)用一樣，只是名字與普通的成員函數(shù)稍有差別。一旦對象被銷毀，便可以在預(yù)分配的內(nèi)存中再次構(gòu)造另一個(gè)對象。實(shí)際上，這個(gè)過程可以無限制地重復(fù)：構(gòu)造一個(gè)對象，銷毀它，然后又反復(fù)利用預(yù)分配的緩沖構(gòu)造新對象。
??? 當(dāng)不再需要預(yù)定義的緩沖時(shí)，或者說當(dāng)應(yīng)用程序關(guān)閉時(shí)，必須釋放預(yù)定義的緩沖。使用delete[]完成這個(gè)任務(wù)，因?yàn)轭A(yù)定義的緩沖是一個(gè)字符數(shù)組。下列代碼包含一個(gè)完整的例子的所有步驟，包括最終緩沖的釋放：

#include <new>

  void placement_demo()
  { 
    //1. 預(yù)分配緩沖
    char * buff = new char [sizeof (Foo) ];  

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

    //3. 顯式調(diào)用析構(gòu)函數(shù)
    pfoo->~Foo();  
    
    //4. 釋放預(yù)定義的緩沖
    delete [] buff;  
  }