C++对于this指针使用placement new的隐患

deltamaster posted @ Nov 29, 2013 10:16:42 PM in C++ with tags this placement new C++ 构造函数 , 1975 阅读

  我们知道使用placement new可以直接在现有的指针上构造对象,而不是先分配内存,再构造对象。这种技术经常被用在内存池管理中来优化内存管理效率。

  有些情况下,我们希望能够让类的一个构造函数去调用另一个构造函数帮助我们完成工作,实现某种程度上的代码重用。比如下面这个例子。

class Factory
{
private:
	Widget widget;
public:
	Factory()
	{
		new (this) Factory("factory");
	}
	Factory(const char *name) : widget(name) { /* something else useful */ }
};

  当Factory的默认构造函数被调用的时候,我们用Factory的默认名字“factory”去调用它自己的那个接受一个参数的构造函数,因为我们让placement new在自己(this)身上进行就地构造。不幸的是,这个例子里构造函数和析构函数没有配对调用的。

  当调用者调用默认构造函数的时候,在函数体任何代码执行之前,所有Factory的子对象,也就是widget的默认构造函数Widget()被调用了。然后Factory决定再次调用自己带有一个参数的构造函数版本来完成构造,这个时候widget将再次被构造。最后当这个Factory的对象被析构时,相应的会调用一次widget的析构函数来销毁widget。

  假设我们构造的这个Factory对象叫f。如果在Widget的默认构造函数中申请并占有资源,那么在f.widget没有被析构的情况下再次调用构造函数,那么之前f.widget所占有的资源就泄露了。于是,我们就必须在使用placement new之前,显式调用widget的析构函数来清理掉原来widget占有的资源。

class Factory
{
private:
	Widget widget;
public:
	Factory()
	{
		widget.~Widget(); // 新加了这一句
		new (this) Factory("factory");
	}
	Factory(const char *name) : widget(name) { /* something else useful */ }
};

  如果Factory有许多的成员,我们是不是要逐个调用这些成员的析构函数呢?这里高端大气的暴力方法是直接调用Factory自身的析构函数,那么Factory的析构函数会负责帮助我们析构所有的子对象并释放资源(反正我们接下来要一切从头来过,用另一个构造函数构造全新的Factory)。这里我们没有定义Factory的析构函数,那么就会使用编译器提供的默认版本,为我们调用所有子对象,也就是widget的析构函数。

class Factory
{
private:
	Widget widget;
public:
	Factory()
	{
		this->~Factory(); // 调用自身的析构函数
		new (this) Factory("factory");
	}
	Factory(const char *name) : widget(name) { /* something else useful */ }
};

  看起来有些丑陋,我们在自己的构造函数里,调用了自己的析构函数,然后又调用了另一个构造函数。如果要这样做,我们需要确保Factory的析构函数能够正确处理还没有被完全构造的对象,在这个简单的例子里,默认的析构函数已经足够处理这个问题,不过对于更加复杂的结构,我们还是需要认真考虑,对于这种没有完成构造的对象,析构函数能不能正确处理。

  另一个问题,如果Factory有一个虚析构函数,那么Factory类的对象都需要一个虚函数表指针vptr来确保对象能够正确调用它的虚成员函数(包括析构函数)。一般实现在对象构造的一开始,任何基类或子对象的构造函数被调用之前,vptr已经有正确的值了,也是比较符合常理的做法。不过因为标准没有规定给vptr赋值的确切时机,所以并没有什么机制来保证我们一定能够运行正确的析构函数。

  因此,为了实现借助其他构造函数完成构造的,我们写出来的代码不太安全。就这个简单的例子有以下方法可以取代这种做法。

  • 把“factory”作为第二个构造函数name参数的默认值,直接去掉第一个构造函数即可。
  • 把构造逻辑的公共部分抽象出来成为一个private成员函数来专门对未完成初始化对象的初始化动作(不要写成虚函数)。

  所以,尽量避免对this指针使用placement new,我们一般能够找到更好的设计来解决这样的需求。如果一定需要,那么务必要审慎考虑上面所提到的这些因素。

 

* 本文在CC BY-SA(署名-相同方式共享)协议下发布。

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