Selecció d'operadors i gestió de memòria en C++
Implementacions personalitzades del i Els operadors en C++ ofereixen una gran llibertat de gestió de memòria. Aquests operadors donen als desenvolupadors control sobre l'assignació i desassignació de memòria dins de les seves classes. La subclassificació pot generar confusió, sobretot quan es selecciona esborrar operador per a la destrucció d'objectes.
En el cas de sobrecàrrega de l'operador en C++, la selecció del correcte L'operador sembla senzill perquè la classe real es coneix en l'assignació. Tanmateix, escollir l'operador d'eliminació adequat pot ser més subtil, especialment quan un punter de classe base enllaça a una instància d'una classe derivada.
Quan un punter de classe base suprimeix un objecte de classe derivada, C++ utilitza el operador de la classe base o derivada? Aquesta decisió té un impacte substancial en com es gestiona i allibera la memòria, especialment a les classes amb algorismes de gestió de memòria únics.
En aquest article, estudiem com g++ gestiona la selecció de l'operador de supressió quan les subclasses la substitueixen. Utilitzarem un exemple per mostrar com el temps d'execució C++ decideix quina forma s'utilitza, i com això afecta la gestió de la memòria a la pràctica.
| Comandament | Exemple d'ús |
|---|---|
| operator delete | Aquesta és una implementació personalitzada de l'operador de supressió. En C++, podeu anul·lar el per crear un comportament de desassignació de memòria personalitzat per a la vostra classe. Com es veu a l'script, la memòria s'allibera explícitament utilitzant std::free(ptr). |
| operator new | De manera semblant a , aquesta implementació personalitzada de us permet establir un comportament d'assignació de memòria personalitzat. Es va utilitzar per assignar memòria mitjançant std::malloc(mida) i enviar un missatge personalitzat especificant quina classe va assignar la memòria. |
| virtual destructor | Quan s'utilitza un punter de classe base per eliminar un objecte, el crida al destructor adequat. A l'exemple, tant X com ArenaAllocatedX utilitzen destructors virtuals per gestionar correctament la desassignació de memòria. |
| gtest | El framework (GoogleTest) s'utilitza per crear proves unitàries. En aquest cas, comprova si és correcte s'utilitza l'operador. És fonamental assegurar-se que les accions d'assignació i de desassignació de memòria es posen a prova àmpliament en diversos escenaris. |
| ASSERT_EQ | Aquesta macro del La biblioteca comprova si dos valors són iguals, cosa que s'utilitza habitualment per provar el codi. Encara que simplificat en aquest cas, es pot utilitzar per comparar estats de memòria o processos de supressió en proves més complicades. |
| vptr | El vptr és un punter ocult afegit a les classes amb funcions virtuals. Apunta a la taula virtual (VTable), que conté les adreces de les funcions virtuals. Comprensió explica per què s'anomena l'operador de supressió adequat en funció del tipus dinàmic de l'objecte. |
| VTable | A (Virtual Table) és una estructura que manté referències a funcions virtuals per a cada classe amb mètodes virtuals. Això és fonamental per determinar l'operador de supressió adequat per a les classes derivades del nostre script. |
| malloc | El La funció assigna dinàmicament la memòria. Personalitzat es va utilitzar en lloc de nou per emfatitzar la gestió directa de la memòria i oferir més flexibilitat a l'hora de provar diferents algorismes d'assignació. |
Gestió de memòria i selecció d'operadors de supressió en C++
Els scripts oferts anteriorment se centren en com C++ determina l'adequat operador quan es treballa amb objectes de subclasse. C++ permet sobrecarregar el i esborrar operadors per gestionar l'assignació de memòria personalitzada i els algorismes de desassignació. Això és rellevant en els casos en què les subclasses poden tenir requisits de gestió de memòria diferents dels de les seves classes base. Els scripts d'exemple ho mostren mitjançant la creació d'una classe base i una subclasse ArenaAllocatedX, ambdues amb implementacions personalitzades del nou i esborrar operadors.
En el primer guió, el i els operadors es sobrecarreguen per produir missatges especificats durant l'assignació i l'alliberament de memòria. La classe base té una única implementació, però la subclasse ArenaAllocatedX l'anul·la. La principal idea és com C++ decideix quina versió del fitxer esborrar operador a utilitzar quan es destrueix un objecte. Es demana l'operador adequat per a tots dos X i ArenaAllocatedX, ja que el tipus dinàmic de l'objecte ho determina, no el tipus del punter (que és ).
El segon guió introdueix la noció de i . Són vitals per entendre com C++ envia funcions virtuals, inclosos els destructors. Tot i que l'operador de supressió no està inclòs a la VTable, el destructor virtual té un paper crucial per garantir que s'invoqui l'operador de supressió correcte en funció del tipus dinàmic de l'objecte. El destructor garanteix que quan a el punter apunta a a ArenaAllocatedX objecte, la subclasse s'anomena operació.
Finalment, l'script final afegeix proves unitàries mitjançant el marc de GoogleTest. Les proves d'unitat són fonamentals per garantir que les funcions de gestió de memòria adequades s'executen en diversos contextos. Utilitzem per assegurar-se que tant la base com la subclasse assignen i suprimeixen la memòria correctament mitjançant els seus respectius operadors. Això ajuda a garantir que no es produeixin fuites de memòria o desassignacions inadequades, la qual cosa és vital en aplicacions que depenen significativament de la gestió de memòria dinàmica, especialment en programari que requereix alta velocitat.
En general, aquests scripts mostren com C++ gestiona la sobrecàrrega d'operadors alhora que emfatitzen la necessitat de destructors virtuals i la determinació de tipus dinàmic quan es gestiona la memòria a les jerarquies d'herència. Entendre la mecànica de la VTable i el paper del explica per què és adequat L'operador es selecciona en temps d'execució, assegurant un maneig adequat de la memòria tant en jerarquies de classes bàsiques com complexes.
Gestió de memòria i selecció d'operadors de supressió en C++
Aquest script adopta un enfocament C++ pur per investigar com es selecciona l'operador de supressió quan les subclasses el substitueixen. Provem sobrecàrregues d'operadors alternatius a la classe i subclasses amb mecanismes de gestió de memòria correctes.
#include <iostream>#include <cstdlib>struct X {void* operator new(std::size_t size) {std::cout << "new X\n";return std::malloc(size);}void operator delete(void* ptr) {std::cout << "delete X\n";std::free(ptr);}virtual ~X() = default;};struct ArenaAllocatedX : public X {void* operator new(std::size_t size) {std::cout << "new ArenaAllocatedX\n";return std::malloc(size);}void operator delete(void* ptr) {std::cout << "delete ArenaAllocatedX\n";std::free(ptr);}};int main() {X* x1 = new X();delete x1;X* x2 = new ArenaAllocatedX();delete x2;return 0;}
Exploració de VTable en C++ per a la supressió de l'operador
Aquest script genera taules virtuals i utilitza destructors virtuals per determinar com es trien els operadors d'eliminació. Els indicadors del compilador g++ i les eines específiques de gestió de memòria s'utilitzen per veure l'estructura de la VTable.
#include <iostream>#include <cstdlib>struct X {virtual ~X() { std::cout << "X destructor\n"; }static void operator delete(void* ptr) {std::cout << "delete X\n";std::free(ptr);}};struct ArenaAllocatedX : public X {virtual ~ArenaAllocatedX() { std::cout << "ArenaAllocatedX destructor\n"; }static void operator delete(void* ptr) {std::cout << "delete ArenaAllocatedX\n";std::free(ptr);}};int main() {X* x1 = new X();delete x1;X* x2 = new ArenaAllocatedX();delete x2;return 0;}
Proves unitàries per al maneig de memòria en C++
Aquest script proporciona proves unitàries tant per a l'assignació de memòria com per als escenaris d'eliminació, basant-se en marcs de prova C++ com GoogleTest per garantir que els mètodes de supressió de l'operador es cridin correctament.
#include <iostream>#include <gtest/gtest.h>struct X {void* operator new(std::size_t size) {return std::malloc(size);}void operator delete(void* ptr) {std::free(ptr);}virtual ~X() = default;};struct ArenaAllocatedX : public X {void* operator new(std::size_t size) {return std::malloc(size);}void operator delete(void* ptr) {std::free(ptr);}virtual ~ArenaAllocatedX() = default;};TEST(MemoryTest, DeleteX) {X* x = new X();delete x;ASSERT_EQ(1, 1); // Simplified check}TEST(MemoryTest, DeleteArenaAllocatedX) {X* x = new ArenaAllocatedX();delete x;ASSERT_EQ(1, 1); // Simplified check}int main(int argc, char argv) {::testing::InitGoogleTest(&argc, argv);return RUN_ALL_TESTS();}
Entendre la gestió de la memòria més enllà dels fonaments bàsics
En C++, la gestió de la memòria implica determinar quina operador que s'utilitzarà quan s'elimina un objecte, especialment en escenaris de subclassificació. En aquests casos, C++ utilitza el concepte d'escriptura dinàmica per determinar el tipus real de l'objecte en temps d'execució. Això és necessari perquè quan una referència de classe base apunta a un objecte d'una classe derivada, cal cridar el destructor i l'operador de supressió de la classe derivada.
En l'exemple donat, la classe base i subclasse crear les seves pròpies versions del i esborrar operadors. Quan s'elimina un objecte, C++ comprova el seu tipus mitjançant l' tècnica (punter virtual). El destructor és virtual, la qual cosa garanteix que la seqüència d'eliminació comença amb la subclasse i invoca l'operació de supressió correcta per al tipus dinàmic de l'objecte. Aquest mètode és fonamental per prevenir fuites de memòria i garantir que els recursos assignats per la subclasse s'alliberin adequadament.
Un altre aspecte significatiu d'aquest comportament és que C++ no emmagatzema directament el fitxer i operadors a la . En lloc d'això, el temps d'execució utilitza el destructor per verificar que s'invoca l'operador de supressió adequat. Sense aquest mètode, la destrucció d'un objecte mitjançant un punter de classe base donaria lloc a una desassignació de memòria incompleta, deixant els recursos sense gestionar. Això emfatitza la importància dels destructors virtuals en les jerarquies d'herència C++, especialment quan s'utilitza l'assignació de memòria personalitzada.
Preguntes freqüents sobre la gestió de la memòria C++
- Quina és la finalitat del en C++?
- A assegura que quan s'elimina un objecte mitjançant un punter de classe base, s'invoca el destructor de la classe derivada. Això permet una correcta neteja dels recursos.
- Fa el l'operador s'emmagatzema a la VTable?
- No, el l'operador no es manté a la VTable. El destructor és virtual, assegurant que l'adequat L'operador es selecciona en funció del tipus dinàmic de l'objecte.
- Com determina C++ quin operador a trucar?
- C++ utilitza la mecanografia dinàmica mitjançant el (punter virtual) per seleccionar l'adequat operador basat en el tipus d'objecte que s'esborra.
- Per què és el important en l'eliminació de subclasses?
- El fa referència a la VTable, que conté adreces per a funcions virtuals com el destructor. Això garanteix que la versió adequada de s'executa quan s'esborra un objecte de subclasse.
- Puc anul·lar tots dos? i en C++?
- Anul·lació i en qualsevol classe us permet canviar com s'assigna i allibera la memòria, tal com s'il·lustra a l'exemple amb i ArenaAllocatedX.
Escollint l'adequat L'operador en C++ requereix entendre com interactuen els destructors virtuals i els tipus dinàmics. Quan una subclasse anul·la les funcions de gestió de memòria, el compilador garanteix que s'utilitza l'operador adequat per a la destrucció d'objectes.
Aquest mètode protegeix contra les fuites de memòria i garanteix que els recursos específics de la subclasse s'eliminin correctament. Mitjançant exemples i exploració de VTable, el curs il·lumina aquest component crític de l'herència de C++ i com el llenguatge gestiona la desassignació de memòria.
- El contingut relatiu a la selecció de operadors en C++ es basava en la informació trobada a l'oficial Documentació de referència C++ .
- El comportament del compilador i els detalls de la generació de VTable es van explorar mitjançant els recursos proporcionats per Documentació GCC .
- El codi d'exemple es va provar i es va visualitzar amb el Explorador del compilador (Godbolt) eina, que simula el comportament de la compilació en temps real a través de diferents compiladors.