内存模型与对象生存期 Object lifetime

先分清存储、对象与值

存储是容纳对象的区域，对象具有类型、生存期和表示，值则由对象的状态决定。通常取得大小与对齐都合适的存储，并完成初始化后，对象生存期才开始。仅有一个数值看起来合理的地址，并不能证明那里有一个可访问的对象。

对象表示由字节组成，但字节并不是任意类型之间的通行证。把地址强转成另一个指针类型，不会自动完成构造、保证对齐或许可违反类型访问规则。复制可平凡复制类型的表示有专门保证，不应据此用字节复制模拟字符串的复制构造。

构造与分配可以分开

容器通常先取得可容纳多个元素的存储，再逐个构造元素。C++20 的 std::allocator<T>::allocate 为数组提供存储并开始数组对象的生存期，但不构造其中的元素；std::construct_at 才在指定位置构造目标元素。容量存在不等于元素已经存在。

示例只分配一个位置，构造一个不抛异常的 Item，访问其成员，再用 std::destroy_at 结束它的生存期，最后归还存储。析构后不再读取成员。这里故意展开低层步骤以解释容器原理，业务代码应优先直接使用容器。

沿时间线审查一次访问

审查指针时先问对象在哪里创建，接着问哪个操作结束其生存期，最后检查所有借用是否跨过该节点。类对象的生存期在析构函数开始调用时结束；析构期间另有访问规则，不能把这个表述误读成析构函数不许处理成员。

存储可以被复用，因此地址相等不代表对象身份一直不变。透明替换和 std::launder 属于有严格条件的底层机制，不能修复已经释放的内存。这里讨论对象与存储；并发语境下的内存模型还涉及数据竞争和可见性，生存期正确并不自动保证线程安全。

最低标准 C++20 · 完整程序 · 下载 .cpp

#include <cassert>
#include <memory>

struct Item {
    int value;
    explicit Item(int n) noexcept : value(n) {}
    ~Item() noexcept {}
};

int main() {
    std::allocator<Item> allocator;
    Item* storage = allocator.allocate(1);
    Item* item = std::construct_at(storage, 42);
    assert(item->value == 42);
    std::destroy_at(item);
    allocator.deallocate(storage, 1);
}

在本地编译

g++ -std=c++20 -Wall -Wextra -Wpedantic -pthread memory-memory-model.cpp -o example && ./example

预期结果

预期：正常退出、无输出；所有 assert 通过。

CHECK YOUR UNDERSTANDING

合上答案，试着解释。

如果 Item 的构造函数可能抛异常，怎样保证 allocate 得到的存储不会泄漏？

继续查证

• cppreference：Object lifetime
• C++ 工作草案 [allocator.members]

标准草案链接会随工作草案更新；本文版本标记对应示例最低要求，不表示草案中的所有新规则都适用于旧标准。