C++ std::start_lifetime_as, std::start_lifetime_as_array 函数

C++20 引入了多项新功能，其中包含两个在管理对象生命周期方面发挥着至关重要作用的函数。它们是与 start_lifetime_as 和 start_lifetime_as_array 相对应的标准生命周期扩展。这些函数允许程序员在某些复杂条件下，尤其是在低级别内存管理中，扩展对象的生命周期。在本文中，我们将结合它们的语法、参数和示例来讨论这两个函数。

什么是 std::start_lifetime_as？

std::start_lifetime_as 函数是 C++20 标准中引入的一个附加函数，它允许开发人员在原始的未写入内存空间中开始创建的对象生命周期，而不会调用构造函数。它在低级别编程中尤其有用，例如我们可能使用 'malloc' 获取一块原始内存，并且希望将其作为特定类型的对象进行操作，但没有任何初始化。通常，该函数会通知编译器，指定的内存现在包含一个 proper 对象，类型为 'T'，这意味着它可以直接操作并使用，就好像它从未被构造过一样。

该函数在开发人员需要对对象实例化的时间和方式进行细粒度控制的情况下非常有用，例如在自定义内存分配器、对象池中，或与手动处理内存管理的 C 库一起工作时。通过提供一种在不调用其构造函数的情况下开始对象生命周期的标准化方法，'std::start_lifetime_as' 函数有助于防止异常的程序设置，特别是在内存相关的操作中，以最大程度地降低风险。

语法

它具有以下语法：

• T*: 该函数返回一个类型为 T 的指针，指向已开始生命周期的对象。
• p: 对原始内存中缓冲区的起始地址的引用，对象生命周期应在此处发生。

特点

std::start_lifetime_as() 函数在 C++ 中的一些关键特性如下：

• 显式生命周期管理
  它使开发人员能够在二进制层面，在原始、未初始化的空间中，并在构造函数之外开始一个对象的生命周期，同时提供对对象生命周期的显式控制。
• 支持非平凡类型
  它支持具有非平凡构造函数和析构函数的非标量对象。它允许在不违反 C++ 规则的情况下处理对象。
• 类型安全
  它确保在对象生命周期开始后，内存被视为特定类型，从而保留了 C++ 严格的类型系统。
• 不调用构造函数
  它不调用构造函数，这使得在需要稍后初始化实例或需要手动初始化的场景中非常易于使用。

示例

让我们用一个例子来说明 C++ 中的 std::start_lifetime_as() 函数。

输出

优点

C++ 中 std::start_lifetime_as() 函数的一些优点如下：

提高低级别编程的安全性

• 它通过提供一种在原始内存中开始对象生命周期的清晰方式，即使在原始内存中，从而降低了未定义行为的风险，并使原始内存操作更安全。

性能优化

• 它通过在运行时而不是在每次构造对象时提供初始化对象的便利性，从而提高了关键应用程序的性能。

更好地与 C 库集成

• 它与 C 风格的库集成，这些库又需要手动内存管理，使得 C++ 对象可以根据 C 的内存模型进行管理。

增强的灵活性

• 它允许我们一次性分配内存，但可以不同时间开始对象的生命周期，这对于开发我们自己的内存管理系统（如池或分配器）很有好处。

什么是 std::start_lifetime_as_array？

std::start_lifetime_as_array 是一个 C++20 函数，它将 'std::start_lifetime_as' 泛化用于数组。它允许我们在未初始化的内存中显式地开始数组中所有对象的生命周期，而不会调用各个元素的构造函数。在需要对象数组的连续地址块，并且需要控制实际对象创建时间的情况下，此函数非常方便。

该函数接收指向原始内存的指针和数组中的元素数量，并返回指向数组或数组第一个元素的指针。它对于模拟未创建对象时的对象数组使用非常有用。它最适用于低级别系统编程、自定义内存管理器实现，或与严格内存管理的 C 库一起工作时。

语法

它具有以下语法：

• T*: 函数返回一个指向类型为 T 的数组的第一个元素的指针，其中所有元素的生命周期都已开始。
• p: 指向原始内存的指针，数组生命周期应从此开始，或者如果之前已使用过，则在此处继续。
• n: 存储在数组中的信息量，以数组中的元素数量表示。

特点

C++ 中 std::start_lifetime_as_array() 函数的一些关键特性如下：

特定于数组的生命周期管理

它将 std::start_lifetime_as 的功能扩展到数组，从而可以在未初始化的内存块中同时开始数组中多个对象的生命周期。

内存效率

它有助于在原始内存中安排后续的数组，而无需立即初始化数组中所有变量的开销。

连续内存处理

它使我们能够将连续的内存序列作为对象数组进行处理，因此生命周期开始后就可以立即将内存用作数组类型。

支持大型数组

它旨在处理大型数组，并避免 C++ 中常规数组构造所带来的开销。

示例

让我们用一个例子来说明 C++ 中的 std::start_lifetime_as_array() 函数。

输出

优点

C++ 中 std::start_lifetime_as_array() 函数的一些优点如下：

优化的数组初始化

• 它提供了重要的效率改进，因为只初始化了需要的数组元素，这对于高性能计算非常重要。

更安全的低级别数组管理

• 它提供了一种在原始内存中处理字符串的统一方式，从而大大简化了手动内存管理的风险，并将其最小化。

易于与自定义分配器集成

• 它与自定义内存分配器配合良好，特别适用于在预先分配的内存块中处理大型数组，这将提高其在性能和内存消耗方面的效率。

std::start_lifetime_as 和 start_lifetime_as_array 的用例

1. 手动内存管理

当在原始内存（例如使用 malloc）中分配的对象在创建时不应运行其构造函数时，这些函数非常有用。它们可以安全地用于启动对象或数组的生命周期，而无需过早调用构造函数。

2. 对象池

为了提高性能关键型应用程序中的内存管理效率，对象池被广泛使用。这些函数可用于启动和结束存储在此类池中的对象的生命周期，从而允许重用内存块，而无需构造和销毁对象。

3. 低级别系统编程

系统编程的示例包括操作系统编程和嵌入式系统编程，在这些领域，程序员对内存和对象生命周期拥有近乎完美的控制。std::start_lifetime_as 和 std::start_lifetime_as_array 提供了控制生命周期并最小化成本所需的一切。

4. 处理 C API

在与 C 代码交互时，我们可能需要使用大量的 C 库，其中涉及原始内存管理，这些函数可以帮助管理 C++ 对象，其中大部分内存控制是以原始级别进行的。

结论

总之，std:: start_lifetime_as 和 start_lifetime_as_array 在 C++20 中引入，以帮助管理低级别内存管理中对象的生命周期。它提供了一种在原始、未实例化的存储中开始对象生命周期的方法，对于从事时间敏感或低级别应用程序的开发人员非常有用。通过这些函数，C++ 能够继续提供高效的内存管理机制，既能支持高级别构造，又能实现程序级别的精细控制。