c++ - 如何在可能使用 placement new 的同时创建数组

Question

我一直致力于创建一个自定义分配器作为一项有趣的练习/实践，我在创建数组时遇到了两个潜在的问题。对于典型的分配调用，我将使用 malloc 和 placement new。但是，当我去创建一个数组时，我对应该如何完成感到困惑。有一次，我注意到在某些地方似乎 placement new 对于数组(例如 here)可能不安全.在尝试对数组使用 placement new 时，我也遇到了自己的错误。我会得到错误

`error C2679: binary '=' : no operator found which takes a right-hand operand of type 'SomeClass *' (or there is no acceptable conversion)

我理解错误(我相信)，但我更愿意通过我的数组构造方法解决错误。我有两个问题

1) 分配器如何在不使用 new[] 的情况下创建数组？是 placement new 吗？如果是这样，我上面发布的链接中提到的潜在危险是什么？

2) 如果我想使用 placement new 并在数组中的每个元素上调用它，为什么会出现上述错误？

#include <stdio.h>
#include <new>

class SomeClass{
public:
    SomeClass() {
        printf("Constructed\n");
    }

    ~SomeClass() {
        printf("Destructed\n");
    }
};

void* SomeAllocationFunction(size_t size) {
    return malloc(size);
}

template<typename Type>
Type* SomeArrayAllocationFunction(size_t count){
    Type* mem = (Type*)SomeAllocationFunction(sizeof(Type) * count);

    for(unsigned int i = 0; i < count; ++i)
    {
        mem[i] = new(mem + i) Type();
    }

    return mem; 
}

int main(void){
    SomeClass* t = SomeArrayAllocationFunction<SomeClass>(2);
}

Answer 1

1) How can an allocator create an array without using new[]? Is it with placement new? If so, what about the potential dangers mentioned from the link I posted above?

链接中的问题是误解了事情的运作方式。每个实现都有一个实现定义的方法来记录有关已分配数组的信息。单个对象不需要此信息，因为它由客户端通过 delete 的实现进行管理。

对于数组，实现必须记录诸如元素计数、要调用的析构函数(如果适用)、元素大小……这些东西通常存储在返回分配的开始处，实现显然会偏移数组的大小分配请求适当。因此，实际大小被偏移以容纳这些隐藏值。这就是为什么 malloc(sizeof...) 不会工作，除非你的分配器做额外的簿记(顺便说一句，std::allocator 和集合接口(interface)带来)。

要正确记录此信息，您可以定义 static void* operator new[]。要通过放置将您自己的分配器合并到该方案中，您可以使用以下方法:

// quick/dirty/incomplete illustration:
#include <stdio.h>
#include <new>
#include <cstdlib>

class t_allocator {
public:
    t_allocator() {
    }

    ~t_allocator() {
    }

public:
    void* allocate(const size_t& size) {
        return malloc(size);
    }
};

class SomeClass {
public:
    SomeClass() {
        printf("Constructed\n");
    }

    ~SomeClass() {
        printf("Destructed\n");
    }

public:
    static void* operator new[](size_t size, t_allocator& allocator) {
        return allocator.allocate(size);
    }

    /* in case static void* operator new[](size_t size, t_allocator& allocator) throws: */
    static void operator delete[](void* object, t_allocator& allocator) {
        /* ... */
    }

    static void operator delete[](void* object) {
        /* matches t_allocator::allocate */
        free(object);
    }
};

int main(void) {
    t_allocator allocator;
    SomeClass* t(new (allocator) SomeClass[2]);

    delete[] t;
    t = 0;

    return 0;
}

请注意，如果您的分配器可能抛出异常，您将类似地实现放置 operator delete[]。

如果你想让你的分配器做一些簿记，它会变得困惑。就个人而言，我认为这种情况并没有被语言很好地实现，尤其是因为数组初始化没有很好地实现。总会有一个额外的步骤来执行附近的 build 或破坏，或者一些全局可访问的数据在这种情况下使用。

2) If I am suppose to use placement new and call it on each one of the elements in the array, why am I getting the error mentioned above?

如果您要创建一个不通过 operator new/operator new[] 的分配器，则需要显式构造元素。扩展上面的例子，你会想要一个调用 delete[] 的 destroy 方法，然后告诉 this 释放/重用内存(而不是使用 free 上面)。

如果您只是想要一个快速的解决方案，您将需要将析构函数、大小和元素计数与分配或分配器一起使用。在那种情况下，您不使用 new[]/delete[]。

编辑

如果您想自己管理图书，这里有一种方法(可以有很多方向):

#include <cassert>
#include <stdio.h>
#include <new>
#include <cstdlib>

class t_allocator {
public:
  t_allocator() {
  }

  ~t_allocator() {
  }

public:
  /** tracks an array allocation's data. acts as a scope container for the allocation/types. */
  class t_array_record {
  public:
    typedef void (*t_destructor)(void* const);

    template<typename T>
    t_array_record(T*& outObjects, t_allocator& allocator, const size_t& count) : d_mem(allocator.allocate(sizeof(T), count)), d_destructor(t_allocator::t_array_record::Destruct<T>), d_size(sizeof(T)), d_count(count), d_allocator(allocator) {
      assert(this->d_mem);
      /* mind exceptions */
      char* const cptr(reinterpret_cast<char*>(this->d_mem));

      for (size_t idx(0); idx < this->d_count; ++idx) {
        /* assignment not required here: */
        new (&cptr[this->d_size * idx]) T();
      }

      outObjects = reinterpret_cast<T*>(this->d_mem);
    }

    ~t_array_record() {
      assert(this->d_mem);
      char* const cptr(reinterpret_cast<char*>(this->d_mem));

      for (size_t idx(0); idx < this->d_count; ++idx) {
        const size_t element(this->d_count - idx - 1U);
        this->d_destructor(& cptr[this->d_size * element]);
      }

      this->d_allocator.free(this->d_mem);
    }

  private:
    template<typename T>
    static void Destruct(void* const ptr) {
      T* const obj(reinterpret_cast<T*>(ptr));

      obj->~T();
    }

  private:
    void* const d_mem;
    t_destructor d_destructor;
    const size_t d_size;
    const size_t d_count;
    t_allocator& d_allocator;
  public:
    t_array_record(const t_array_record&);
    t_array_record& operator=(const t_array_record&);
  };
public:
  void* allocate(const size_t& size, const size_t& count) {
    return malloc(size * count);
  }

  void free(void* const mem) {
    ::free(mem);
  }
};

演示:

class SomeClass {
public:
  SomeClass() {
    printf("Constructed\n");
  }

  virtual ~SomeClass() {
    printf("Destructed\n");
  }

  virtual void greet() {
    printf("hi: %p\n", this);
  }

private:
  SomeClass(const SomeClass&);
  SomeClass& operator=(const SomeClass&);
};

class SomeDer : public SomeClass {
  static int& N() {
    static int a(0);

    return ++a;
  }

public:
  SomeDer() : d_number(N()) {
    printf("Ctor-%i\n", this->d_number);
  }

  virtual ~SomeDer() {
    printf("~Der%i-", this->d_number);
  }

  virtual void greet() {
    printf("Der%i-", this->d_number);
    SomeClass::greet();
  }

private:
  const int d_number; /* << so we have different sized types in the example */
};

template<typename T>
void TryIt(const size_t& count) {
  t_allocator allocator;

  T* things(0);
  t_allocator::t_array_record record(things, allocator, count);

  for (size_t idx(0); idx < count; ++idx) {
    things[idx].greet();
  }
}

int main() {
  TryIt<SomeClass>(3);
  TryIt<SomeDer>(9);
  return 0;
}