free() on result of placement new?

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我试图了解在由 malloc() 分配的缓冲区中，对 placement new 的结果调用 free() 是否有效。

请考虑以下几点。这段代码是否表现出任何未定义的行为？

（假设 T 没有重载任何 new 或 delete 操作符）

T* create() {
    void* buf = malloc(sizeof(T) + 10)；
    T* obj = new(buf) T；
    返回 obj；
}

int main() {
    T* obj = create()；
    obj->~T()；
    free(obj); // or free(static_cast<void*>(obj)
}

由 malloc() 编辑的缓冲区上的 placement new 所返回的指针是否可以传递给 free() 呢？如果我们能保证 static_cast<void*>(obj) == buf ，这应该是很好定义的，但我不确定是否真的能保证这种平等； placement new 操作符 返回其参数不变，但我不确定是否允许我们假设 placement new 表达式 返回一个具有相同值/指向相同地址的指针。

如果没有定义这一点，那么是否有其他方法可以获得一个指针，该指针既可用于访问对象，也可用于释放对象，而不会遇到未定义的行为？

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你在代码中观察到的行为是 未定义的 。虽然表面上看起来应该可以，但 C++ 标准并没有保证 placement new 表达式的结果与其第一个参数完全相同。

让我们来分解一下原因：

1. placement new 的作用： placement new 运算符的作用是在内存的特定位置构造一个对象。它接受一个指向原始内存的指针作为参数，并在该位置构造对象。 关键在于，它返回的指针并不保证与传递给它的指针完全相同。

2. C++ 标准的内容： C++ 标准 ( §6.7.4.2/2 ) 指出， placement new 表达式的结果是“指向已构造对象的指针”。它没有明确说明该指针必须与传递给 placement new 的指针完全相同。

3. 编译器优化： 尽管标准没有强制要求，但一些编译器可能会优化 placement new 表达式，使其返回与输入指针相同的地址。但这只是一个实现细节，不能依赖它。

4. free() 的要求： free() 函数需要传递给它的指针必须是之前由 malloc() 、 calloc() 或 realloc() 返回的指针。传递任何其他指针会导致未定义的行为。

那么，如何安全地释放内存呢？

为了安全地释放内存，你需要跟踪原始指针（即传递给 malloc() 的指针）。你可以这样做：

T* create() {
  void* buf = malloc(sizeof(T) + 10);
  T* obj = new(buf) T;
  return static_cast<T*>(buf); // 返回原始指针
}

int main() {
  T* buf = create(); // 存储原始指针
  T* obj = reinterpret_cast<T*>(buf); // 获取对象的指针
  obj->~T(); // 调用析构函数
  free(buf); // 释放原始指针指向的内存
}

在这个例子中，我们存储了 malloc() 返回的原始指针 buf 。然后，我们将它 reinterpret_cast 为 T* 来访问对象。最后，我们使用原始指针 buf 来释放内存。

其他选择：

• 使用标准容器： 标准容器，如 std::vector ，可以为你管理内存分配和释放。
• 使用自定义分配器： 如果你需要更精细的内存管理控制，你可以创建自定义分配器。

总而言之，虽然你的代码看起来合理，但它依赖于 C++ 标准没有保证的行为。为了确保你的代码是可移植和安全的，最好跟踪原始指针并使用它来释放内存。

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