使用malloc时调用类成员的构造函数

Question

以下代码由于从未调用 std::string 的构造函数而中断，因为对 malloc 的调用似乎并未调用类成员的构造函数。

如何在不使用 new 的情况下调用 std::string 的构造函数？或者我是否必须在分配内存后在整个结构上使用新的位置？

#include <string>

class MyClass
{
    std::string value;
};

int main()
{
    MyClass* cls = (MyClass*)malloc(sizeof(MyClass));
    cls->value = "hello";

    system("pause");
}

编辑：

阅读评论后，我想知道以下代码是否会按预期工作？不确定是否需要调用除整个类的析构函数之外的任何析构函数。

#include <string>

class MyClass
{
    std::string value;
};

int main()
{
    MyClass* cls = (MyClass*)malloc(sizeof(MyClass));
    cls = new(cls) MyClass;
    cls->value = "hello";

    cls->~MyClass();
    free(cls);

    system("pause");
}

Answer 1

malloc 是一个 C 函数，不了解类、构造函数等。

如果您对使用此方法一无所知，您将必须始终new在每个对象上调用放置（注意：这需要包括 header <new>），并且还必须在释放之前手动调用析构函数。您还需要存储从放置返回的指针new以避免未定义的行为（因为这在技术上是唯一指向对象生命周期开始的指针）。

正如您在编辑中所做的那样，它看起来像：

auto cls = static_cast<MyClass*>(std::malloc(sizeof(MyClass)));
cls = new(cls) MyClass(/* any arguments here ... */);
cls->value = "hello";

cls->~MyClass();
std::free(cls);

但是，请注意，通过使用malloc您实际上会引入与异常安全相关的其他问题。如果您的放置new调用抛出异常，则分配的内存std::malloc将泄漏——这很糟糕。如果返回 null，您也不希望对放置new进行操作，并且需要传达此错误 - 可能是通过异常。您可能希望将其包装到一个帮助程序中，以确保这些情况不会发生：nullptrmalloc

#include <new>     // placement-new, std::bad_alloc
#include <utility> // std::forward
#include <cstdlib> // std::malloc, std::free

template <typename T, typename...Args>
T* make(Args&&...args)
{
    auto* p = static_cast<T*>(std::malloc(sizeof(T)));

    // Placement new can't operate on nullptr
    if (p == nullptr) {
        // alternatively, this could be 'return nullptr' if not using exceptions
        throw std::bad_alloc{}; 
    }

    try {
        p = new (p) T(std::forward<Args>(args)...);
    } catch (...) {
        std::free(p);
        throw; // rethrow the exception here
    }
    return p;
};

类似地，您可能希望在释放对象的同时销毁对象，这样资源就不会泄漏：

template <typename T>
void dispose(T* p)
{
    p->~T();
    std::free(p);
}

使用这些实用程序，上面的示例现在变为：

auto cls = make<MyClass>(/* any arguments here ... */);
cls->value = "hello";

dispose(cls);

如果这看起来像是一大堆样板，那是因为这正是您所做的，new并且delete已经为您做了。如果可以，在处理 C++ 类型时使用这些工具会好得多。这也使您可以轻松地继续使用其他 RAII 包装器，例如智能指针，而无需手动指定分配器 ( shared_ptr) 或删除器 ( unique_ptr)。

在使用C++ 代码时，IMO 确实没有充分的理由阻止使用new和delete支持malloc/ free。如果您有一个公开 C-only 接口但在C++ 代码中实现的库 - 实际上最好将分配内部化并切换到newanddelete而不是使用malloc，free这样您就可以省去麻烦。¹

需要注意的另一件事是，如果您系统中分配的类型曾经通过alignas超过的自定义对齐方式alignof(std::max_align_t)，则 usingstd::malloc将是未定义的行为，因为它将无法满足对齐要求。这是new/delete会为您处理的另一件事。

¹如果您的“混合 C++/C”代码在某个时候公开了 C 接口，那么使用newanddelete而不是malloc，并且简单地在 API 上显式公开创建/删除函数会更简洁。例如：

// C header:

extern "C" 
my_class* make_my_class(void);

extern "C"
void dispose_my_class(my_class* p);

// C++ implementation:

extern "C"
my_class* make_my_class(void)
{
    return new my_class{ ... };
}

extern "C"
void dispose_my_class(my_class* p)
{
    delete p;
}

这通常是 C/C++ 互操作所采用的方法。