我可以在不使用 new 的情况下在 C++ 中实现工厂方法模式吗？答案

【问题标题】：Can I implement the Factory Method pattern in C++ without using new?我可以在不使用 new 的情况下在 C++ 中实现工厂方法模式吗？
【发布时间】：2026-02-06 23:20:19
【问题描述】：

我在嵌入式环境 (Arduino/AVR ATMega328) 中工作，并希望在 C++ 中实现工厂方法模式。但是，我使用的编译器 (avr-gcc) 不支持 new 关键字。有没有办法在不使用new 的情况下实现这种模式？

【问题讨论】：

如何分配内存？ D：
除此之外，它是否支持放置新的？我能想到的最好的方法是静态分配一块内存，然后你可以在那里放置新的任何东西。
内存要么分配在堆栈上（包括基于堆栈的对象构造），要么使用 malloc() - 它不支持对象构造。也不支持新的展示位置...
是的（见我之前的评论）。
我想一定有某种方法可以就地调用构造函数。它可能不符合标准，但它应该存在，以便您拥有相当于新的展示位置。

标签： c++ embedded avr avr-gcc factory-method

【解决方案1】：

由于AVR编译器是基于gcc编译器的，所以很有可能支持new关键字。你得到的错误到底是什么。我猜这是一个未定义函数的链接/编译器错误，即 operator new。 new操作符和new操作符是有区别的，前者用于创建对象，后者用于为对象分配内存。 new 运算符为正在创建的对象类型调用 operator new，然后初始化对象的 v-table 并调用对象的构造函数。 Reading this FAQ 表示标准库中未定义 operator new。这很容易解决，只需定义一个：

void *operator new (size_t size)
{
  return some allocated memory big enough to hold size bytes
}

你还需要定义一个删除：

void operator delete (void *memory)
{
   free the memory
}

唯一要添加的是内存管理、内存块的分配和释放。这可以很简单地完成，注意不要破坏任何现有的分配内存（代码、静态/全局数据、堆栈）。您应该定义两个符号 - 一个用于空闲内存的开始，一个用于空闲内存的结束。您可以动态分配和释放该区域中的任何内存块。您需要自己管理此内存。

【讨论】：

【解决方案2】：

工厂方法的大图是对象创建，这意味着堆内存消耗。在嵌入式系统上，您受到 RAM 的限制，需要在做出所有设计决策时考虑到内存限制。 ATmega328 只有 2 KB RAM。我建议不要在如此狭小的空间内使用动态分配的内存。

如果不更详细地了解您的问题，我建议静态声明该类的少数实例并以某种方式重用这些实例。这意味着您需要知道创建对象的时间和原因以及——同样重要的是——它们何时以及为什么结束；那么您需要弄清楚一次需要激活多少个以及一次可以激活多少个。

!!院长

【讨论】：

所有因为它有 2KB 或 RAM 并不意味着你不能进行动态内存分配。你不能分配那么多。您可以在其中获得 500 个两字节对象（500*（2 用于对象+2 用于分配信息）= 2000）。
Skizz，你的前两句话是正确的，但第三句话是不合理的。 2 KB RAM（2048 字节）同时保存 C 堆栈和堆；所以他的 C 堆栈只有 48 个字节（不合理）。需要工厂方法的程序不是一个简单的程序，因此他的 C 调用堆栈的深度会有所不同，并且可能会覆盖堆中的对象。动态内存分配是可能的，但在如此小的内存池中并不安全。静态内存分配将更容易管理，并且更有可能产生正确运行的程序。

【解决方案3】：

我在具有严格编码标准（不允许使用“new”或“delete”）的嵌入式系统中解决此问题的一种方法是创建所需对象的静态数组。然后使用指向已分配对象的静态指针，存储这些返回值（使用静态变量和/或成员变量）以供以后执行各种对象。

// Class File ---------------------------------------------------
class MyObject {
    public:
        MyObject* getObject();

    private:
        const int MAX_POSSIBLE_COUNT_OF_OBJECTS = 10;
        static MyObject allocatedObjects[MAX_POSSIBLE_COUNT_OF_OBJECTS];

        static allocatedObjectIndex = 0;
};

// Implementation File ------------------------------------------

// Instantiate a static array of your objects.
static MyObject::allocatedObject[MAX_POSSIBLE_COUNT_OF_OBJECTS];

// Your method to return already created objects.
MyObject* MyObject::getObject() {

    if (allocatedObjectIndex < (MAX_POSSIBLE_COUNT_OF_OBJECTS - 1)) {
        return allocatedObjects[allocatedObjectIndex++];
    } else {
        // Log error if possible
        return NULL;
    }
}

请注意。这全凭记忆，因为我已经超过 8 个月没有写过任何 C++ 了。

另请注意：这有一个严重的缺点，即您在编译时分配了大量 RAM。

【讨论】：

您可以定义一个 MyObject::operator new (size_t) 来完成上述所有操作，即使用预先分配的数组，同时保持熟悉的新 MyObject (args) 语法而不是非标准的语法.这样，您就可以正确地构造和销毁对象。
在嵌入式系统中，我认为在编译时分配一堆 RAN 是好事，而不是缺点

【解决方案4】：

这样的事情呢？

MyClass *objp = (MyClass*)malloc(sizeof(MyClass));
*objp = MyClass();  // or any other c'tor

编辑：忘了说，它假设 MyClass 有一个赋值运算符。

EDIT2：我忘记的另一件事 - 是的，有一个问题（它是 C++，总是有问题）。您必须为对象手动调用 d'tor，因为您不能免费使用。

【讨论】：

我妈妈总是警告我不要使用 malloc() 来实例化 C++ 对象。即使您正在调用构造函数并将其数据复制到分配的内存中，这种方法有什么问题吗？
是的，有明显的陷阱：内存块未初始化，因此赋值运算符应该做出相应的反应——如果它看到一个“初始化”指针成员，它不应该尝试释放它，因为它包含垃圾和悬空。我想最好只调用 calloc() 来获得零初始化的内存块以避免这种情况。
好吧，我将清理它并测试分配是否成功到生产代码。据我所知，也许他们想从某个内存池而不是 malloc 分配内存...
这行不通。与上面的注释相反，第二行没有在 *objp 上调用任何构造函数，它只是在 UNINITIALIZED 对象上调用赋值运算符。如果 MyClass 有任何虚方法或虚基，它迟早会因为虚表指针未初始化而对你产生影响。

【解决方案5】：

你会做malloc吗？如果是这样，您可以这样 malloc 对象。

另外，您想从工厂创建的对象的性质是什么？

它们是不可变的吗？
工厂是否只打算生成有限的一组可在编译时知道的对象？

如果两个问题的答案都是肯定的，您可以为您的一组不可变对象静态分配内存，并让工厂方法返回指向相应对象的指针。

如果任何一个问题的答案都是否定的，这将不起作用。同样使用这种方法，您会遇到总是分配内存的问题。

【讨论】：

【解决方案6】：

如果你使用工厂意味着你想要一些动态绑定行为，这表明你有一些虚函数。虽然可以使用 malloc() 为对象分配内存，但类的 vtable 将无法正确设置，因此对虚函数的调用将崩溃。当需要动态绑定时，我看不到任何方法。

【讨论】：

这可以解决 - 在堆栈上分配一个对象并调用 memcpy 以获得 vtable 指针以将其复制到新分配的堆对象上。
那么你是说 Tal 的回答 (*.com/questions/1031301/…) 行不通吗？
我没试过。但在我看来，这行不通。但是，sharptooth 建议的解决方法可能有效。

【解决方案7】：

如果没有办法在运行时实例化一个类，我想这是不可能的。您所能做的就是在编译时预先分配一些对象，创建对它们的引用并在需要时返回它们。

【讨论】：