什么是“正确的”？在 C++ 中分配可变大小缓冲区的方法？

Question

这与这个问题非常相似，但答案并没有真正回答这个问题，所以我我想我会再问一次：

有时我与返回可变长度结构的函数交互；例如，FSCTL_GET_RETRIEVAL_POINTERS Windows 中的 返回一个大小可变的 RETRIEVAL_POINTERS_BUFFER 结构。

在 C++ 中不鼓励使用 malloc/free，所以我想知道：
在标准 C++ 中分配可变长度缓冲区的“正确”方法是什么（即没有 Boost 等）？

vector 是类型不安全的（并且不保证任何有关对齐的内容，如果我理解正确的话），new 不起作用使用自定义大小的分配，我想不出一个好的替代品。有什么想法吗？

Answer 1

我会使用 std::vector缓冲区（n）。 C++ 中确实不存在可变大小的结构这样的东西，所以你必须伪造它；将类型安全抛到窗外。

Answer 2

如果您喜欢 malloc()/free()，您可以使用

RETRIEVAL_POINTERS_BUFFER* ptr=new char [...appropriate size...];

... do stuff ...

delete[] ptr;

有关对齐的标准中的引用 (expr.new/10)：

对于 char 和 unsigned char 数组，它们之间的区别
new-表达式的结果和返回的地址
分配函数应为最严格分配函数的整数倍
其大小的任何对象类型的基本对齐要求（3.11）
不大于正在创建的数组的大小。 [ 笔记：
因为假设分配函数返回指向存储的指针
对于具有基本功能的任何类型的对象都适当对齐
对齐，对数组分配开销的这种限制允许
将字符数组分配到其中的对象的常见习惯用法
其他类型稍后会放置。 ——尾注]

Answer 3

我不明白为什么你不能使用 std::vector：

{
   std::vector<char> raii(memory_size); 
   char* memory = &raii[0];

  //Now use `memory` wherever you want
  //Maybe, you want to use placement new as:

   A *pA = new (memory) A(/*...*/); //assume memory_size >= sizeof(A);
   pA->fun();
   pA->~A(); //call the destructor, once done!

}//<--- just remember, memory is deallocated here, automatically!

好吧，我理解你的对齐问题。事情没那么复杂。你可以这样做：

A *pA = new (&memory[i]) A();
//choose `i` such that `&memory[i]` is multiple of four, or whatever alignment requires
//read the comments..

Answer 4

您可以考虑使用内存池，并且在 RETRIEVAL_POINTERS_BUFFER 结构的特定情况下，根据其定义分配池内存量：

sizeof(DWORD) + sizeof(LARGE_INTEGER)

加上

ExtentCount * sizeof(Extents)

（我相信您比我更熟悉这个数据结构 - 上面的内容主要是供您问题的未来读者使用）。

内存池归结为“分配一堆内存，然后使用您自己的快速分配器将该内存分成小块”。
您可以构建自己的内存池，但可能值得一看提升内存池，这是一个纯标头（没有DLL！） 图书馆。请注意，我没有使用 Boost 内存池库，但您确实询问了 Boost，所以我想我应该提到它。

Answer 5

std :: vector＆lt; char＆gt;很好。通常，您可以使用零尺寸的参数调用低级C-功能，以便您知道需要多少。然后，您解决了对齐问题：分配比您需要的更多，并抵消了开始指针：

说您要对缓冲区对齐到4个字节，分配所需尺寸 + 4，并添加4-（（ （＆amp; my_vect [0] - reinterpret_cast＆lt; char*＆gt;（0））＆amp; 0x3）。

然后用请求的大小和偏置指针调用您的C功能。

Answer 6

好吧，让我们从头开始。返回可变长度缓冲区的理想方法是：

MyStruct my_func(int a) { MyStruct s; /* magic here */ return s; }

不幸的是，这不起作用，因为 sizeof(MyStruct) 是在编译时计算的。任何可变长度的内容都不适合在其大小在编译时计算的缓冲区内。值得注意的是，c++ 支持的每个变量或类型都会发生这种情况，因为它们都支持 sizeof。 C++ 只有一件事可以处理缓冲区的运行时大小：

MyStruct *ptr = new MyStruct[count];

因此任何要解决此问题的方法都必须使用 new 的数组版本。这包括 std::vector 和之前提出的其他解决方案。请注意，像将 new 放置到 char 数组这样的技巧与 sizeof 具有完全相同的问题。可变长度缓冲区只需要堆和数组。如果你想留在 c++ 中，就没有办法绕过这个限制。此外，它需要多个对象！这很重要。你不能用c++创建可变长度对象。这是不可能的。

C++ 提供的最接近可变长度对象的方法是“从类型跳转到类型”。每个对象不需要具有相同的类型，并且您可以在运行时操作不同类型的对象。但是每个部分和每个完整对象仍然支持 sizeof 并且它们的大小是在编译时确定的。程序员唯一要做的就是选择你使用的类型。

那么我们解决这个问题的办法是什么呢？如何创建可变长度对象？ std::string 提供了答案。它内部需要有多个字符，并使用数组替代方式进行堆分配。但这都是由stdlib处理的，程序员不需要关心。然后您将拥有一个操作这些 std::string 的类。 std::string 可以做到这一点，因为它实际上是 2 个独立的内存区域。 sizeof(std::string) 确实返回一个内存块，其大小可以在编译时计算。但实际的变长数据位于由数组版本 new 分配的单独内存块中。

new 的数组版本本身有一些限制。 sizeof(a[0])==sizeof(a[1]) 等等。首先分配一个数组，然后对多个不同类型的对象进行放置 new 将绕过这个限制。