如何正确调用对齐的新/删除?

How to invoke aligned new/delete properly?

本文关键字：删除 何正确 调用 对齐      更新时间：2023-10-16

如何调用new对齐运算符？

auto foo = new(std::align_val_t(32)) Foo; //?

然后，如何正确删除它？

delete(std::align_val_t(32), foo); //?

如果这是使用这些重载的正确形式，为什么要抱怨不匹配的free()/delete/delete[]？

存在非常基本的原则 - 内存释放例程始终必须匹配才能分配例程。 如果我们使用不匹配分配和自由 - 运行时行为可以是任意的：所有这些都可以是随机确定的，也可以是运行时崩溃，或者内存泄漏，或者堆损坏。

如果我们使用运算符 new 的对齐版本分配内存

void* operator new  ( std::size_t count, std::align_val_t al);

我们必须使用相应的对齐版本的运算符删除

void operator delete  ( void* ptr, std::align_val_t al );

在此处调用void operator delete ( void* ptr );总是会导致运行时错误。 让我们简单地测试

std::align_val_t al = (std::align_val_t)256;
if (void* pv = operator new(8, al))
{
operator delete(pv, al);
//operator delete(pv); this line crash, or silently corrupt heap
}

为什么对齐和未对齐版本的operator delete总是不兼容？ 让我们想想 - 如何在某个值内存上分配对齐？ 我们最初总是分配一些内存块。 对于要使用的返回对齐指针 - 我们需要将分配的内存指针调整为多重对齐。 好的。 这可以通过分配比请求的内存更多的内存并调整指针来实现。 但是现在的问题 - 这个块有多自由？ 一般来说，用户得到的指针不是开头分配的内存 - 如何从此用户指针跳回到分配块的开头？没有额外的信息，这是不可能的。我们需要在用户返回指针之前存储指向实际分配内存的指针。这可能在对齐new的代码典型实现中会更加明显，并且delete使用_aligned_malloc和_aligned_free

void* operator new(size_t size, std::align_val_t al)
{
return _aligned_malloc(size, static_cast<size_t>(al));
}
void operator delete  (void * p, std::align_val_t al)
{
_aligned_free(p);
}

当new和delete未对齐时，请使用malloc和free

void* operator new(size_t size)
{
return malloc(size);
}
void operator delete  (void * p)
{
free(p);
}

现在让我们看看_aligned_malloc和_aligned_free的内部实现

void* __cdecl _aligned_malloc(size_t size, size_t alignment)
{
if (!alignment || ((alignment - 1) & alignment))
{
// alignment is not a power of 2 or is zero
return 0;
}
union {
void* pv;
void** ppv;
uintptr_t up;
};
if (void* buf = malloc(size + sizeof(void*) + --alignment))
{
pv = buf;
up = (up + sizeof(void*) + alignment) & ~alignment;
ppv[-1] = buf;
return pv;
}
return 0;
}
void __cdecl _aligned_free(void * pv)
{
if (pv)
{
free(((void**)pv)[-1]);
}
}

一般来说，_aligned_malloc分配size + sizeof(void*) + alignment - 1而不是由调用方size请求。 调整分配的指针以适合对齐方式，并在指针返回给调用方之前存储最初分配的内存。

_aligned_free(pv)调用的不是free(pv)而是free(((void**)pv)[-1]);- 因为总是另一个指针。 因为这种效果_aligned_free(pv)总是另一个比较free(pv). 并且operator delete(pv, al);总是与operator delete(pv);不兼容，如果说delete []通常与delete具有相同的效果，但对齐与不对齐总是运行时不同。

下面的语法是唯一适用于我在 Windows 10 x10 上使用 clang-cl 13 创建和销毁过度对齐数组的语法：

int* arr = new (std::align_val_t(64)) int[555];
::operator delete[] (arr, std::align_val_t(64));

对于相同的新操作，以下删除表达式将无法编译("无法删除类型为'std：：align_val_t'的表达式)：

delete[] (arr, std::align_val_t(64));

下面的删除表达式将编译，但随后抛出运行时错误(" 检测到严重错误 c0000374")：

delete[](std::align_val_t(64), blocks);
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