new 和 Placement new 的区别

Placement new 是 C++ 中的一个特殊功能，允许开发者在已经分配的内存位置上直接构造对象。这种技术特别适用于内存管理敏感的应用，如嵌入式系统、游戏开发、实时系统等，其中控制内存分配和避免额外的内存分配开销非常关键。

例如在日志模块中，通常需要使用单例模式来实现一个全局唯一的对象用来写入日志。而通过 Placement new 作为单例模式申请内存确保了被使用的内存不被释放掉，最终实现了生命周期和程序的整个生命周期等同。

new 的两个操作

当我们在 C++ 中使用普通的 new 操作符时，它实际上执行了两个操作：

分配内存：new 操作符首先在堆上分配足够的内存来存储指定类型的对象。这是通过调用内存分配函数 operator new 来完成的，该函数接受一个参数，即要分配的字节数。
在分配的内存中构造对象：一旦内存被分配，new 操作符会在这块内存上构造对象。这是通过调用对象的构造函数来完成的。

以下是一个简单的示例，说明了这两个步骤：

class MyClass {
public:
    MyClass() {
        // Constructor code
    }
};

int main() {
    MyClass* myObject = new MyClass(); // 使用 new 操作符分配内存并构造对象
    // ...
    delete myObject; // 使用 delete 操作符释放内存并析构对象
    return 0;
}

在上述代码中，new MyClass() 首先调用 operator new 函数来在堆上分配足够的内存来存储一个 MyClass 对象。然后，它在这块内存上调用 MyClass 的构造函数来构造一个新的 MyClass 对象。最后，它返回一个指向新构造的对象的指针，我们可以使用这个指针来访问对象。

当我们不再需要这个对象时，我们可以使用 delete 操作符来释放对象占用的内存并调用其析构函数。这是通过首先调用对象的析构函数，然后调用内存释放函数 operator delete 来完成的。

Placement new

在 C++ 中，placement new 是一种特殊的 new 操作符，它允许我们在已经分配的内存上构造对象。这样，我们就可以更加灵活地控制对象的内存管理，例如在特定位置创建对象，或者在已经分配的内存中重新构造对象。

以下是一个简单的示例，说明了如何使用 placement new：

#include <new> // 必须包含这个头文件来使用 placement new

class MyClass {
public:
    MyClass() {
        // Constructor code
    }
};

int main() {
    char buffer[sizeof(MyClass)]; // 分配足够的内存来存储 MyClass 对象
    MyClass* myObject = new (buffer) MyClass(); // 在 buffer 上构造 MyClass 对象

    // 使用 myObject...

    myObject->~MyClass(); // 显式调用析构函数来析构对象，因为我们不能使用 delete

    return 0;
}

在上述代码中，我们首先在栈上分配了一个足够大的缓冲区来存储一个 MyClass 对象。然后，我们使用 placement new (new (buffer) MyClass()) 在这个缓冲区上构造了一个 MyClass 对象。注意，我们需要传递一个指向已分配内存的指针给 placement new。

当我们不再需要这个对象时，我们不能使用 delete 操作符来释放内存和析构对象，因为内存并不是由 new 操作符分配的。相反，我们需要显式地调用对象的析构函数 (myObject->~MyClass()) 来析构对象。然而，我们不需要手动释放内存，因为它是在栈上分配的，当它离开作用域时，编译器会自动释放它。

区别

综上普通的 new 说在堆上申请空间并构造对象，而 placement new 可以自己确定在堆上还是在栈上申请空间。

在 C++ 中，当我们使用普通的 new 操作符时，它会在堆上分配内存，并返回一个指向新分配内存的指针。我们通常不知道这个指针的具体值，也就是说，我们不知道对象实际存储在内存的哪个位置。

class MyClass {
public:
    MyClass() {
        // Constructor code
    }
};

int main() {
    MyClass* myObject = new MyClass(); // 使用 new 操作符分配内存并构造对象
    // 我们不知道 myObject 指向的具体内存地址
    // ...
    delete myObject; // 使用 delete 操作符释放内存并析构对象
    return 0;
}

然而，当我们使用 placement new 时，我们可以指定对象应该被构造在哪个位置。这是通过传递一个指向已分配内存的指针给 placement new 来实现的。

#include <new> // 必须包含这个头文件来使用 placement new

class MyClass {
public:
    MyClass() {
        // Constructor code
    }
};

int main() {
    char buffer[sizeof(MyClass)]; // 分配足够的内存来存储 MyClass 对象
    MyClass* myObject = new (buffer) MyClass(); // 在 buffer 上构造 MyClass 对象
    // 我们知道 myObject 指向的具体内存地址，就是 buffer 的地址
    // ...
    myObject->~MyClass(); // 显式调用析构函数来析构对象，因为我们不能使用 delete
    return 0;
}

在上述代码中，我们知道 myObject 指向的具体内存地址，因为它就是我们分配的 buffer 的地址。

当我们使用普通的 new 操作符分配内存时，我们可以使用 delete 操作符来释放内存并调用对象的析构函数。然而，对于使用 placement new 的情况，我们不能使用 delete 来释放内存，因为内存并不是由 new 操作符分配的。相反，我们需要显式地调用对象的析构函数来析构对象。然而，我们不需要手动释放内存，因为它是在栈上分配的，当它离开作用域时，编译器会自动释放它。

内存释放

在 C++ 中，placement new 的语法是 new (address) Type(initializer)，其中 address 是一个指向已分配内存的指针，Type 是要构造的对象的类型，initializer 是传递给 Type 构造函数的参数。

以下是一个简单的示例，说明了如何使用 placement new：

#include <new> // 必须包含这个头文件来使用 placement new

class MyClass {
public:
    int value;
    MyClass(int v) : value(v) {
        // Constructor code
    }
};

int main() {
    char buffer[sizeof(MyClass)]; // 分配足够的内存来存储 MyClass 对象
    MyClass* myObject = new (buffer) MyClass(42); // 在 buffer 上构造 MyClass 对象，传递 42 给构造函数

    // 使用 myObject...

    myObject->~MyClass(); // 显式调用析构函数来析构对象，因为我们不能使用 delete

    return 0;
}

在上述代码中，我们首先在栈上分配了一个足够大的缓冲区来存储一个 MyClass 对象。然后，我们使用 placement new (new (buffer) MyClass(42)) 在这个缓冲区上构造了一个 MyClass 对象，并传递了 42 给 MyClass 的构造函数。

当我们不再需要这个对象时，我们不能使用 delete 操作符来释放内存和析构对象，因为内存并不是由 new 操作符分配的。相反，我们需要显式地调用对象的析构函数 (myObject->~MyClass()) 来析构对象。然而，此处是不需要手动释放内存，因为它是在栈上分配的，当它离开作用域时，编译器会自动释放它。

placement new 使用场景

在 C++ 中，placement new 的使用场景通常是在需要对内存管理进行精细控制的情况下。以下是一些可能会优先使用 placement new 的情况：

内存池：如果你正在实现一个内存池，那么你可能需要在特定的内存位置上构造对象。在这种情况下，你可以使用 placement new 在内存池中的特定位置上构造对象。

#include <new>

class MyClass {
public:
    MyClass() {
        // Constructor code
    }
};

char memoryPool[1000]; // 内存池

int main() {
    MyClass* myObject = new (memoryPool) MyClass(); // 在内存池上构造对象

    // 使用 myObject...

    myObject->~MyClass(); // 显式调用析构函数来析构对象

    return 0;
}

对象重用：如果你有一个对象，你想在相同的内存位置上构造一个新的对象，那么你可以使用 placement new。这可以避免内存分配和释放的开销，提高性能。

#include <new>

class MyClass {
public:
    MyClass() {
        // Constructor code
    }
};

int main() {
    MyClass* myObject = new MyClass(); // 使用 new 构造对象

    // 使用 myObject...

    myObject->~MyClass(); // 显式调用析构函数来析构对象

    myObject = new (myObject) MyClass(); // 在相同的内存位置上构造新的对象

    // 使用新的 myObject...

    delete myObject; // 使用 delete 来释放内存并析构对象

    return 0;
}

在上述两个例子中，我们都使用了 placement new 来在特定的内存位置上构造对象。这可以提供更大的灵活性，允许我们更精细地控制内存管理。

placement new 的优点

在 C++ 中，placement new 操作符相比于普通的 new 操作符有以下优点：

预知内存地址：使用 placement new，我们可以在已经分配的内存上构造对象。这意味着我们可以预先知道对象的内存地址。
内存管理优化：在构建内存池、垃圾收集器或者在性能和异常安全性至关重要的情况下，placement new 非常有用。因为它允许我们在特定的内存位置上构造对象，这可以避免内存分配和释放的开销，提高性能。
减少分配失败的风险：由于内存已经被分配，所以使用 placement new 没有分配失败的风险。此外，由于不需要进行内存分配，所以在预分配的缓冲区上构造对象的时间通常会更少。
资源有限的环境：在资源有限的环境中，例如嵌入式系统，预先分配内存并使用 placement new 可以更好地控制内存使用，避免动态内存分配可能带来的问题。

everystep

new 的两个操作

Placement new

区别

内存释放

placement new 使用场景

placement new 的优点