C++惯用法：In-Place Construction 和placement new

目录

1.In-Place Construction

2.placement new

3.两者的关系

4.实例分析

5.总结

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1.In-Place Construction

        In - Place Construction（原位构造）指的是在已经分配好的内存位置上直接构造对象，而不是先分配内存，再把对象复制或者移动到这块内存。这样做的好处是可以避免不必要的复制或移动操作，提高性能，尤其是对于那些复制或移动开销较大的对象。比如返回值优化（RVO，NRVO），就可以减少对象的拷贝动作。而std::move和移动拷贝构造函数都可以减少临时对象的创建。

        在标准库容器中，很多插入操作都支持原位构造。例如 std::vector 的 emplace_back 方法，它可以直接在容器的尾部构造对象，而不是先创建一个临时对象，再将其移动或复制到容器中。

        示例代码：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>class MyClass {
public:MyClass(int value, const std::string& str) : data(value), message(str) {std::cout << "Constructed with value: " << data << " and message: " << message << std::endl;}
private:int data;std::string message;
};int main() {std::vector<MyClass> vec;// 原位构造对象vec.emplace_back(42, "Hello, World!"); return 0;
}

在这个例子中，emplace_back 直接在 std::vector 的尾部构造了一个 MyClass 对象，避免了临时对象的创建和移动。

2.placement new

        Placement new 是 C++ 中的一种特殊的 new 表达式，它允许你在指定的内存地址上构造对象。Placement new 的语法是 new (address) Type(arguments)，其中 address 是预先分配好的内存地址，Type 是要构造的对象类型，arguments 是传递给构造函数的参数。

应用场景

• 内存池管理：在使用内存池时，你可以使用 placement new 在预先分配好的内存块上构造对象，以提高内存分配的效率。
• 嵌入式系统：在嵌入式系统中，有时需要在特定的内存地址上构造对象，这时就可以使用 placement new。

C++ new 和 malloc 的区别？_new分配的内存在哪里-CSDN博客

示例如下：

#include <iostream>
#include <new>class MyClass {
public:MyClass(int value) : data(value) {std::cout << "Constructed with value: " << data << std::endl;}~MyClass() {std::cout << "Destroyed object with value: " << data << std::endl;}
private:int data;
};int main() {// 预先分配内存void* rawMemory = operator new(sizeof(MyClass)); // 使用 placement new 在预先分配的内存上构造对象MyClass* obj = new (rawMemory) MyClass(42); // 显式调用析构函数obj->~MyClass(); // 释放内存operator delete(rawMemory); return 0;
}

在这个例子中，首先使用 operator new 分配了一块足够大的内存，然后使用 placement new 在这块内存上构造了一个 MyClass 对象。最后，需要显式调用析构函数来销毁对象，并使用 operator delete 释放内存。

3.两者的关系

        In-Place Construction底层就是使用placement new来实现的。可以这样理解，In-Place Construction是上层抽象的封装应用，而placement new是底层的真正实现。举一个不太恰当的例子，正如new和 malloc的行为逻辑有些相似，new底层调用了malloc。
        在很多的应的场景下，内存可能需要反复的创建和释放。这很容易产生内存碎片或严重影响效率。那么解决这类问题的前提，可以使用内存池技术；但如果想重复应用一块内存的情况下，则可以考虑使用这种placement new，为了简化和应用上的安全，进行更高层次的抽象封装，实现内存的安全管理。则可以使用In-Place Construction。
        说了这些，哪些常见的情况下会有这种应用呢？
1、STL的容器操作的插入，如提到的vector等的empalce_back和empalce函数
2、内存池固定复用内存，减少动态分配的相关资源消耗，提高效率
3、延迟初始化需要在固定的内存中创建对象，包括模板中的某些参数处理等
4、自定义，可以根据开发者的特定需求进行处理，如程序中反复使用一块儿大的内存等

4.实例分析

下面看一个placement new例子：

#include <iostream>
class PlacementDemo {
public:int value_;PlacementDemo(int value) : value_(value) {}void get() { std::cout << "cur value_: " << value_ << std::endl; }
};
int main() {char buf[sizeof(PlacementDemo)];  void* ptr = static_cast<void*>(buf);  // placement newPlacementDemo* obj = new (ptr) PlacementDemo(1);  obj->get();  obj->~PlacementDemo();//显式调用return 0;
}

再看一个STL容器中In-Place Construction的例子：

#include <vector>
#include <string>
int main() {std::vector<std::string> vec;vec.emplace_back("demo"); //  vector 的尾部内存中原地构造 std::string对象return 0;
}

5.总结

        技术的进步不是一朝一夕完成的，它一定是从需求出发，不断的进行完善，然后被抽象出来。无论是RVO还是各种的内存优化，当然也包括今天提到的原位构造等，它们都是对追求效率和安全的一种演进过程。不管是开发者还是设计者，都要多学习这种优秀的经验，不断的融会贯通，提高自己的整体的水平。
        既要拿来主义，又要明白主义，博采众家之长，这才是学习的最终目的。

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