为什么在这个链表的实现中，这个 C++ 构造函数在相同的内存位置被调用两次？

Question

我正在阅读 Shaffer 的 Data Structures and Algorithm Analysis in C++（可在https://people.cs.vt.edu/shaffer/Book/免费获得），因为我看到它使用模板，我正在尝试了解更多关于C++ 和 C++ 中的泛型编程。

当作者介绍链表时，他给出了一个使用自由列表的变体。（这是大约第 111 页，pdf 第 130 页）。在他的实现中，他为 a 创建了一个类Link并覆盖operator new以从空闲列表中提取。然后有一个班级LinkedList。

然而，事实证明，在这个实现中，调用new LinkedList会导致构造函数被同一个对象调用两次，我很难弄清楚为什么。

此代码显示了示例的相关部分。

#include <cstddef>
#include <iostream>

struct S {
  S()  { std::cout << "ctor at " << this << "\n"; }
  ~S() { std::cout << "dtor at " << this << "\n"; }
};

class Link {
private:
  static Link * freelist;
  S elem;
  Link * next;
public:
  void * operator new(size_t) {
    if (freelist == nullptr) { return ::new Link; }
    Link * tmp = freelist;
    freelist = freelist->next;
    return tmp;
  }
  // other logic
};
Link * Link::freelist = nullptr;

class LinkedList {
private:
  Link * head;
public:
  LinkedList() { head = new Link; }
  // other logic
};

int main() { LinkedList ll; }

此代码的示例输出是

ctor at 0x458bbd954eb0
ctor at 0x458bbd954eb0

所以我们可以看到结构的构造函数S被同一个对象调用了两次。

这是我所期望的。

1. 在 中main，我们构造了一个LinkedList.
2. 在这个 LinkedList 中，我们调用new Link. 我相信这会调用Link::operator new，我们已经覆盖了它。
3. 在 中Link::operator new，我们看到Link看到其空闲列表为空，因此调用::new Link。
4. ::new Link构造一个Link，包括它的私有成员变量S elem，构造一个Sstruct。

显然这是不正确的。我敢打赌，我错过new了编译器中的一个隐式--- 但即便如此，我还是很惊讶单个S实例的构造函数被调用了两次。所以我的心智模型肯定是不完整的。

你能帮助解释为什么构造函数在内存中的同一位置被调用两次吗？

Answer 1

operator new的任务是分配内存；它不能调用构造函数。operator new返回后自动调用构造函数。

因此，您的实现应如下所示：

void * operator new(size_t size) {
    if (freelist == nullptr) {
       // here is the difference:
       return ::operator new(size);
    }
    Link * tmp = freelist;
    freelist = freelist->next;
    return tmp;
}

在您的实现中，构造函数是从 调用的::new Link，然后在返回指针后，它会像往常一样在同一地址上再次调用。

当然，您应该实现互补的operator delete. 这个不能调用析构函数（已经被调用了），而只是将内存放入freelist.