定位new運算式與顯式呼叫解構式-有解無憂

C++的核心理念之一是RAII，Resource Acquisition Is Initialization，資源獲取即初始化，資源有很多種，記憶體、互斥鎖、檔案、套接字等；RAII可以用來實作一種與作用域系結的資源管理方法（如std::lock_guard）；這些都不在本文的討論范圍之內，

記憶體是一種資源，從字面上來看，“資源獲取”是指在堆疊或堆上開辟空間，“初始化”是指呼叫建構式，“即”的意思是兩者是系結起來的，對應地，資源銷毀即釋放，這種機制保證了任何函式訪問引數物件時不會訪問到非法地址，除了構造和解構式以外的任何函式的引數都不會是未初始化的，

然而，C++作為能夠面向底層的語言，允許我們把記憶體獲取與初始化分開來：std::malloc和std::free用于分配和釋放記憶體，定位new運算式和解構式的顯式呼叫用于初始化和銷毀物件，

malloc與free

std::malloc用于分配記憶體，std::free用于釋放記憶體，兩者都定義在<cstdlib>中：

void* malloc(std::size_t size);
void free(void* ptr);

比如，我想要分配一個int的動態記憶體，就應該給size填上sizeof(int)，回傳值就是指向那個int的指標，如果是陣列，就給size乘上元素個數，注意在C++中，從void*到T*的轉換不能是隱式的，

要回收它，把指標傳給free，不需要size：

#include <iostream>
#include <cstdlib>

int main()
{
    auto p = static_cast<int*>(std::malloc(sizeof(int) * 10));
    p[0] = 1;
    p[1] = 2;
    std::cout << p[0] << ' ' << p[1] << std::endl;
    std::free(p);
}

如果std::malloc程序中發生了錯誤，比如記憶體不足，std::malloc會回傳NULL，nullptr的前身，實際使用時都應該考慮這種情況，

std::malloc得到的記憶體必須用free釋放，std::malloc/std::free的記憶體分配與new/delete不互通，

定位new運算式

std::malloc分配的記憶體是未經初始化的，對于int等內置型別可以直接使用，而型別別則未必，需要先初始化才能使用，

我們知道，類的非靜態成員函式都有一個隱式的this指標作為引數，建構式也不例外，在未初始化的記憶體上構造物件，就是把這塊記憶體的指標作為this傳入建構式，不幸的是，沒有顯式呼叫建構式這種語法：

auto ptr = static_cast<A*>(std::malloc(sizeof(A)));
ptr->A("hello"); // error

（在MSVC中，ptr->A::A("hello");是合法的，但這是非標準的，）

我們需要定位new，它定義在<new>中，需要#include以后才能使用：

void* operator new(std::size_t, void*);

new運算子是可以多載的，new運算子的功能是為new運算式中的建構式提供this指標，但是定位new不行，它總是忠實地回傳它的第二個引數，

定位new運算式有以下形式：

new (ptr) Type;
new (ptr) Type(args);
new (ptr) Type[size];
new (ptr) Type[size]{list};

ptr為要當作this的指標，Type為要構造的型別，args為可能為空的引數串列，size為陣列大小（可以動態），list為陣列元素串列，

利用定位new，把ptr作為this的建構式可以這樣呼叫：

#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <string>
#include <utility>

class A
{
public:
    A(std::string s) : string(std::move(s))
    {
        std::cout << "A::A(std::string)" << std::endl;
    }
    std::string& get()
    {
        return string;
    }
private:
    std::string string;
};

int main()
{
    auto ptr = static_cast<A*>(std::malloc(sizeof(A)));
//  std::cout << ptr->get() << std::endl; // disaster
//  ptr->A("hello");                      // error
    new (ptr) A("hello");
    std::cout << ptr->get() << std::endl;
//  delete ptr;                           // disaster
    // what's next?
}

不要因為ptr簡單就不加括號，括號不是為了什么運算子優先級，而是定位new運算式的一部分，

剛才不是說std::malloc與new不互通嗎？怎么在std::malloc來的ptr上用定位new了呢？因為定位new根本不插手記憶體分配，和std::malloc是兩回事，

定位new不止可以用于std::malloc來的動態記憶體，甚至可以是區域變數：

char buffer[sizeof(A)];
auto ptr = new (buffer) A("hello");
std::cout << ptr->get() << std::endl;

與常規的new一樣，定位new運算式也回傳一個指標，就是Type*型別的ptr，

顯式呼叫解構式

上面通過std::malloc得到的ptr，為什么不能直接std::free呢？因為std::string里面的資源還沒釋放，正確的做法是呼叫A的解構式，

不能對一個物件呼叫建構式，那么解構式呢？答案是肯定的，只是~在形式上有點怪，尤其是當你把模板引數T換成int后得到ptr->~int()時，后者直接寫是不合法的，

所以對于上面的ptr，要這樣才能釋放所有資源：

ptr->~A();
std::free(ptr);

顯式呼叫解構式，就像在幫編譯器做事情一樣，編譯器會不會領情呢？寫個代碼測驗一下吧：

#include <iostream>
#include <string>
#include <utility>

class A
{
public:
    A(std::string s) : string(std::move(s))
    {
        std::cout << "A::A(std::string)" << std::endl;
    }
    std::string& get()
    {
        std::cout << "A::get()" << std::endl;
        return string;
    }
    ~A()
    {
        std::cout << "A::~A()" << std::endl;
    }
private:
    std::string string;
};

int main()
{
    {
        A a("");
        a.~A();
    }
    std::cout << "I'm OK" << std::endl;
}

程式輸出：

A::A(std::string)
A::~A()
A::~A()
I'm OK

看來編譯器并不領情，即使我們呼叫了解構式，變數離開作用域時還會再呼叫一次，盡管在MSVC和GCC中，I'm OK都成功輸出了，std::string都挺住了錯誤的析構，但是這個程式的行為仍然是未定義的，

因此，定位new陳述句與解構式的顯式呼叫必須配對，

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標籤：C++

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