在預先定義的內存位置構造一個對象

趙湘寧

??? 常常有人問這樣一個C++問題：如何在預先定義的內存位置構造一個對象？在預先定義的內存緩沖構造一個對象有許多有用的應用。例如，一個定制的垃圾搜集器能使用一個大的預分配內存緩沖，用戶在這個緩沖中構造其對象。當不再需要這些對象時，它們的存儲空間被自動收回。
?? 這個技術在重視時間的應用中也很有用。在預先分配的內存緩沖構造一個對象是一種“時間常量”操作，之所以這樣說是因為程序分配操作本身不會浪費寶貴的時間。同時也要注意當系統沒有足夠的內存時，動態內存分配可能失敗。因此，對于重視任務的應用，預先分配一個足夠大的緩沖有時是不可避免的。
??? 許多應用需要在給定的時間構造不同類型的對象。想一想這樣一個例子，一個GUI應用根據用戶的輸入，每次、顯示不同的對話框，利用重復分配和釋放內存，這個應用能提前創建一個內存緩沖，并能在這個緩沖里反復構造和銷毀不同類型的對象。
??? C++提供了幾種特點來方便實現在預先決定的內存位置構造一個對象的任務。在這些特點中，包括一個特殊形式的new操作符，叫做“定位new”（placement new）操作，以及一個顯式的析構處理。實現方法如下：
??? 第一步：分配一個足夠的內存緩沖區，以便存放給定類型的對象。如果想要每次構造不同類型的對象，需要至少以最大的對象所占空間的大小分配一個緩沖。預分配的緩沖是在可用內存空間中分配的純字符數組。

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

??? 一旦分配了緩沖，就能在緩沖中構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。為了使用placement new，必須包含標準頭文件<new>。下面的代碼片斷中，使用placement new操作在內存地址buff上構造類型為Foo的對象。

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

??? Placement new 以先前分配的緩沖（buff）地址作為參數，并在這個緩沖上構造給定類型的對象。他返回構造對象的指針，這個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();?  

??? 當不再需要這個對象的時候，必須顯式調用其析構函數釋放空間。做這件事是有一些技巧的，因為許多人錯誤地假設對象會被自動銷毀，錯也！。在預分配的緩沖里構造另一個對象之前或者在釋放緩沖之前，如果忘了顯式調用析構函數，程序將產生不可預料的后果。顯式的析構器聲明如下：

        pfoo->~Foo(); //顯式調用析構函數  

??? 換句話說，一個顯式的析構器與普通的成員函數調用一樣，只是名字與普通的成員函數稍有差別。一旦對象被銷毀，便可以在預分配的內存中再次構造另一個對象。實際上，這個過程可以無限制地重復：構造一個對象，銷毀它，然后又反復利用預分配的緩沖構造新對象。
??? 當不再需要預定義的緩沖時，或者說當應用程序關閉時，必須釋放預定義的緩沖。使用delete[]完成這個任務，因為預定義的緩沖是一個字符數組。下列代碼包含一個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. 顯式調用析構函數
    pfoo->~Foo();  
    
    //4. 釋放預定義的緩沖
    delete [] buff;  
  }