为什么 push_back() 会导致 malloc() 数据崩溃？

Question

为什么会崩溃？我确实发现 malloc() 不调用构造函数，所以我自己手动调用它们，但它仍然崩溃，我不明白为什么。

PS。我知道 std::vector 和 new[] 存在。不要告诉我使用vectors/new[] 作为答案。

struct MyStruct {
    vector<int> list;
};
void make_crash(){
    MyStruct *array = (MyStruct *)malloc(100*sizeof(MyStruct));
    MyStruct element; // initialize element here since malloc() doesnt do it.
    array[0] = element; // copy, everything should be alright?
    array[0].list.push_back(1337); // nope, BANG!
    // The above line makes these:
    // First-chance exception at 0x7c970441 in test.exe: 0xC0000005: Access violation reading location 0xbaadf005.
    // First-chance exception at 0x00401cd0 in test.exe: 0xC0000005: Access violation reading location 0xbaadf00d.
    // Unhandled exception at 0x00401cd0 in test.exe: 0xC0000005: Access violation reading location 0xbaadf00d.
}

Answer 1

在array[0] = element; 行上，您正在调用array[0] 的operator=。由于 array[0] 未初始化，这是未定义的行为。调用任何方法或运算符，包括对未调用其构造函数的对象的 operator=，都是未定义的行为。

要解决您的问题，您需要使用placement new 来调用array[0] 的构造函数，或者只使用new 而不是malloc。除非您有充分的理由使用 malloc，否则后者更可取（甚至更好：使用向量）。

Answer 2

这不是就地初始化元素的方式。正在对不存在的对象调用（隐式创建的）赋值运算符（调用向量的赋值运算符），这显然是个坏消息。

您必须改用placement new：

new (array) MyStruct;

对于数组：

new (array) MyStruct[100];

Answer 3

当您分配给MyStruct时

array[0] = element;

首先尝试破坏结构的旧成员 - 但没有任何，因为它们从未被构造。轰隆隆！

获得一百个MyStructs 的最简单方法是使用另一个向量

vector<MyStruct>  v(100);

无需使用malloc。

Answer 4

MyStruct *array = (MyStruct *)malloc(100*sizeof(MyStruct));

这就是你出错的地方。

array 不是指向一个或多个 MyStruct 对象的指针，无论您给它什么类型。 malloc 的返回值是 void*。 C++ 的规则不允许您从 void* 隐式转换为其他类型，这就是为什么您必须将 (MyStruct*) 放在那里的原因。仅需要显式转换就应该告诉您您正在做一些阴暗的事情。

C++ 的规则规定，如果您将 void* 显式转换为某些 Type*（某些特殊类型之外），这仅在 void* 您是进行演员表最初是Type*，它本身被转换为void*。这不是原因；这个void* 来自malloc，从来都不是MyStruct*。您在对编译器撒谎，因此会引发未定义的行为。因此崩溃了。

如果您想要定义行为，那么您需要实际使用 C++，而不是您正在发明的这种“我不敢相信它不是 C++”的语言。例如：

void *block = malloc(100 * sizeof(MyStruct));
MyStruct* array = new(block) MyStruct[100];

请注意这里完全没有强制转换操作。

当然，删除这个数组很痛苦：

for(int i = 99; i >= 0; --i)
  array[i].~MyStruct();

free(block);

请注意，您必须以与构建它们相反的顺序将它们向后销毁。

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想知道这些东西在内部是​​如何工作的。 new[] 是否会产生一些额外的内存来告诉我的 CPU 一些 malloc 没有的东西？以及为什么/什么/如何在没有 new[] 的情况下模仿它？还是新的安置？我如何用 CPU 的原始二进制代码编写它？有可能吗？ new[] 到底有什么魔力？

所有这些都取决于实现。就语言而言，究竟发生了什么是明确定义的。除其他外，放置 new 将调用对象的构造函数。数组放置 new 将调用数组中所有对象的构造函数，从第一个到最后一个。如果其中一个抛出，那么它将在任何先前构造的对象上调用析构函数，然后发出异常。

具体做什么是依赖于实现的，只不过是继承是如何实现的等等。显然编译器会为它发出一些代码，但同样，发出的确切内容取决于实现。

只要您实际上是在编写 C++，就不可能“为 CPU 编写原始二进制代码”。要实现placement new，您必须能够调用类的构造函数。而且...嗯，这就是placement new 适用于 的原因。您甚至不允许获得指向构造函数的成员指针（即使可以，成员指针的内容也取决于实现，并且它们并不总是指向某个汇编函数的裸指针）。因此，如果没有特定于平台的陪审团，甚至无法识别构造函数代码。

您可以通过查看生成的程序集以调用placement new 来了解如何为特定系统执行此操作。但每个编译器都会有所不同。