是否可以以不会导致 UB 的方式分配未初始化的数组？

在 C++ 中实现某些数据结构时，需要能够创建一个包含未初始化元素的数组。正因为如此，有

buffer = new T[capacity];

不合适，因为 new T[capacity] 初始化数组元素，这并不总是可行的（如果 T 没有默认构造函数）或期望的（因为构造对象可能需要时间）。典型的解决方案是分配内存并使用placement new。

为此，如果我们知道元素的数量是已知的（或者至少我们有一个上限）并在堆栈上分配，那么据我所知，可以使用对齐的字节或字符数组，然后使用 std::launder 访问成员。

alignas(T) std::byte buffer[capacity];

但是，它只解决了栈分配的问题，并没有解决堆分配的问题。为此，我假设需要使用对齐的新，并编写如下内容：

auto memory =  ::operator new(sizeof(T) * capacity,std::align_val_t{alignof(T)});

然后将其转换为 std::byte* 或 unsigned char* 或 T*。

// not sure what the right type for reinterpret cast should be
buffer = reinterpret_cast(memory);

但是，有几件事我不清楚。

如果 ptr 指向可与 T 进行指针互转换的对象，则结果 reinterpret_cast<T*>(ptr) 被定义。有关详细信息，请参阅 this answer 或 https://eel.is/c++draft/basic.types#basic.compound-3。我认为，将其转换为 T* 是无效的，因为 T 不一定与 new 的结果是指针可互转换的。但是，对于 char* 或 std::byte 是否有明确定义？
当将 new 的结果转换为有效的指针类型（假设它不是实现定义的）时，它是否被视为指向数组第一个元素的指针，或者只是指向单个对象的指针？虽然，据我所知，在实践中很少（如果有的话）很重要，但存在语义差异，仅当指向的元素是数组成员并且结果为 pointer_type + integer的算术指向另一个数组元素。（见https://eel.is/c++draft/expr.add#4）。
就生命周期而言，数组unsigned char 或std::byte 类型的对象可以为new (https://eel.is/c++draft/basic.memobj#intro.object-3) 的放置结果提供存储，但是它是否为其他类型的数组定义?
据我所知，T::operator new 和 T::operator new[] 表达式在幕后调用 ::operator new 或 ::operator new[]。既然内置 new 的结果是 void，那么如何转换为正确的类型呢？这些是基于实现还是我们有明确定义的规则来处理这些？
释放内存时，应该使用

::operator delete(static_cast<void*>(buffer),sizeof(T) * capacity,std::align_val_t{alignof(T)});

或者有其他方法吗？

PS：我可能会在实际代码中将标准库用于这些目的，但我试图了解幕后的工作原理。

谢谢。

指针相互转换

关于指针相互转换，使用 T * 或 {[unsigned] char|std::byte} * 都没有关系。无论如何，您必须将其转换为 T * 才能使用它。

请注意，您必须调用 std::launder（根据转换的结果）来访问指向的 T 对象。唯一的例外是创建对象的placement-new 调用，因为它们还不存在。手动析构函数调用不是例外。

如果您不使用 std::launder，则缺少指针可相互转换只会是一个问题。

当将 new 的结果转换为有效的指针类型时（假设它不是实现定义的），它是否被视为指向数组第一个元素的指针，或者只是指向单个对象的指针？

如果您想更加安全，请在执行任何指针运算后将指针存储为 {[unsigned] char|std::byte} * 和 reinterpret_cast。

类型为数组 unsigned char 或 std::byte 的对象可以为放置 new 的结果提供存储

该标准并没有说任何地方都需要“提供存储”才能让新安置工作发挥作用。我认为该术语的定义仅用于标准中其他术语的定义。

考虑[basic.life]/example-2，其中operator= 使用placement-new 就地重建对象，即使类型T 不为相同类型T“提供存储” .

既然内置 new 的结果是 void，那么如何转换为正确的类型？

不确定标准对此有何规定，但除了 reinterpret_cast 之外还有什么？

释放内存

你的方法看起来是正确的，但我think你没有传递大小。

我认为您的前提可能不正确。如果 T 是一个类，则应调用默认构造函数。但是，这可能是空白的，如果您的类包含所有 POD（纯旧数据），则不会初始化任何内容。实际上，我一直都依赖于此，因为出于性能原因，我通常不希望初始化某些内容。

我相信对于全局数据等有一些警告，其中有些东西是零初始化的。但通常堆的东西不是。你可以测试它，你会发现内存中有一堆垃圾，至少在发布模式下编译时是这样。一些编译器会在调试模式下初始化内存，但这是在构造函数之外完成的。

例如，您可以在自定义放置新函数中设置数据，如果它是 POD，它仍将存在于构造函数中。有些人会说这是 UB，但我认为标准对 POD 说“什么也没做”，这意味着没有初始化。