placement new와 메모리풀

JellyPower·2023년 5월 4일

C/C++

나만 몰랐던 C++

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placement new(위치지정 new)

내가 원하는 메모리에 직접 객체를 할당하는 것을 placement new라고 한다.
다른 관점에서 본다면 생성자를 명시적으로 호출해주는 기능이라고도 볼 수 있다.
문법은 꽤 간단한 편이다: new (MemAddr) ClassType(parameter);

예시

#include<cstdio>
#include<memory>

class ExamClass {

public:
	ExamClass(int idIN) : id(idIN) {}
	~ExamClass() { printf("class ID.%d deleted!\n", id); }

	int id;

	virtual void PrintClassID() const {
		printf("class ID: %d\n", id);
	}
};

int main() {
	char* MemoryPool = new char[sizeof(ExamClass)*10];
	ExamClass* MemPoolBaseAddr = (ExamClass*)MemoryPool;

	for (int i = 0; i < 10; i++) {
		new (MemPoolBaseAddr + i) ExamClass(i*10+1);
		// 메모리 할당이 직접 일어나는 것이 아닌 내가 원하는 위치에 바로 객체값만 생성 가능
	}
	
	for (int i = 0; i < 10; i++) {
		(MemPoolBaseAddr+i)->PrintClassID();
		// 함수 실행도 잘 된다.
	}

	for (int i = 0; i < 10; i++) {
		(MemPoolBaseAddr + i)->~ExamClass();
		// 해제할때는 delete가 아닌 명시적으로 소멸자를 호출해줘야 한다.
	}

	delete[] MemoryPool;
	return 0;
}

C++에서 placement new를 지원하는 이유

1. 생성자를 명시적으로 호출하고 싶기 때문에

C++에선 원래 기존 문법으로 소멸자는 명시적으로 호출 할 수 있게 해주더라도 생성자를 명시적 호출하는 것을 막았었다. ex) instance.ExamClass(); //=> 컴파일 에러
그런데 생성자를 명시적으로 호출하면 이득을 얻을 수 있는 상황이 많이 있었기에 C++는 생성자 호출의 명시적 호출을 지원하기 위해 placement new를 도입했다.

2. 이미 할당된 메모리에 어떠한 객체를 생성하고 싶기 때문에

동적할당/해제는 오래걸립니다

기본적으로 대부분의 언어에서 특정 데이터를 동적으로 생성하고 삭제하는 작업은 비용이 많이 드는 작업이다.
C++에선 GC도 없는데 왜 메모리 해제가 오래 걸리냐고 생각 할 수 있겠지만, 힙메모리의 경우 객체의 생성과 소멸 시점이 예측불가능 하기 때문에 가용 가능한 연속된 메모리 공간이 이빨빠진듯이 흩어지는 heap fragmentation이라는 현상이 발생한다.
(운영체제의 external fragmentation과 유사함)
C/C++컴파일러들은 이러한 이빨 빠진 영역들을 최대한 활용케 하기 위해 중간중간 이빨빠진 메모리 영역들을 기록하고 다시 합쳐주는 작업을 거친다. 그래서 동적메모리의 할당과 해제에는 오랜 시간이 걸린다. (C#과 같은 GC가 있는 언어에서도 이러한 문제는 생기기에 GC가 알아서 메모리를 Compaction해준다)

메모리풀을 쓰는 이유

그렇기 때문에 많은 C++프로그래머들은 메모리풀을 활용한다.
내가 사용하고자 하는 메모리 영역을 미리 할당한 이후 이미 할당된 영역에 내가 사용하고자 하는 객체들을 생성하고 해제하면 실질적인 동적할당된 객체에서 일어나는 할당 가능한 메모리를 찾는 시간과 메모리를 해제하고 병합하는 시간을 줄일 수 있다.