Pochopení výběru operátora C++ odstranit v podtřídách s g++

Výběr operátora a správa paměti v C++

Vlastní implementace nový a vymazat operátory v C++ poskytují obrovskou svobodu správy paměti. Tyto operátory dávají vývojářům kontrolu nad alokací a dealokací paměti v rámci jejich tříd. Podtřídy mohou vést k nejasnostem, zejména při výběru vymazat operátora pro zničení objektu.

V případě přetěžování operátorů v C++ výběr správného nový operátor se jeví přímočarý, protože skutečná třída je známa při přidělení. Výběr vhodného operátoru odstranění však může být jemnější, zvláště když ukazatel základní třídy odkazuje na instanci odvozené třídy.

Když ukazatel základní třídy odstraní objekt odvozené třídy, používá C++ objekt vymazat operátor ze základní nebo odvozené třídy? Toto rozhodnutí má podstatný dopad na to, jak je paměť spravována a uvolňována, zejména ve třídách s jedinečnými algoritmy správy paměti.

V tomto článku studujeme, jak g++ zpracovává výběr operátoru mazání, když jej podtřídy přepíší. Na příkladu ukážeme, jak běhové prostředí C++ rozhoduje o tom, kterou formu vymazat a jak to ovlivňuje správu paměti v praxi.

Správa paměti a mazání výběru operátora v C++

Dříve nabízené skripty se zaměřují na to, jak C++ určuje vhodné vymazat operátor při práci s objekty podtřídy. C++ umožňuje přetížení nový a vymazat operátory pro zpracování vlastní alokace paměti a algoritmů dealokace. To je relevantní v případech, kdy podtřídy mohou mít jiné požadavky na správu paměti než jejich základní třídy. Vzorové skripty to ukazují vytvořením základní třídy X a podtřída ArenaAllocatedX, a to jak s vlastními implementacemi nový a vymazat operátory.

V prvním skriptu, nový a vymazat Operátoři jsou přetíženi, aby produkovali zadané zprávy během alokace a uvolňování paměti. Základní třída X má jedinou implementaci, ale podtřídu ArenaAllocatedX přepíše to. Hlavním cílem je, jak C++ rozhodne, kterou verzi vymazat operátor, který se má použít, když je objekt zničen. Pro obojí je volán správný operátor X a ArenaAllocatedX, protože to určuje dynamický typ objektu, nikoli typ ukazatele (což je X*).

Druhý skript zavádí pojem vptr a VTable. Ty jsou zásadní pro pochopení toho, jak C++ odesílá virtuální funkce, včetně destruktorů. Ačkoli operátor odstranění není obsažen ve VTable, virtuální destruktor hraje klíčovou roli při zajišťování toho, aby byl na základě dynamického typu objektu vyvolán správný operátor odstranění. Destruktor zaručuje, že když a X* ukazatel ukazuje na a ArenaAllocatedX objekt, podtřída vymazat operace se nazývá.

Nakonec závěrečný skript přidává testy jednotek pomocí rámce GoogleTest. Testování jednotek je zásadní pro zajištění toho, aby byly v různých kontextech prováděny příslušné funkce správy paměti. Používáme ASSERT_EQ aby bylo zajištěno, že jak základní, tak podtřída správně alokují a vymazávají paměť pomocí příslušných operátorů. To pomáhá zajistit, aby nedocházelo k únikům paměti nebo nevhodným dealokacím, což je zásadní v aplikacích, které výrazně spoléhají na dynamickou správu paměti, zejména v softwaru, který vyžaduje vysokou rychlost.

Celkově tyto skripty ukazují, jak C++ zvládá přetěžování operátorů, a zároveň zdůrazňují potřebu virtuálních destruktorů a dynamického určování typu při správě paměti v hierarchiích dědičnosti. Pochopení mechaniky VTable a role vptr vysvětluje, proč je vhodné vymazat Operátor se vybírá za běhu, což zajišťuje správné zacházení s pamětí v základních i komplexních hierarchiích tříd.

#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;
}

#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;
}

#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();
}

Porozumění správě paměti nad rámec základů

V C++ zahrnuje správa paměti určení které vymazat operátor, který se má použít, když je objekt odstraněn, zejména ve scénářích podtřídy. V takových případech používá C++ koncept dynamického psaní k určení skutečného typu objektu za běhu. To je nezbytné, protože když odkaz na základní třídu ukazuje na objekt odvozené třídy, musí být zavolán destruktor a operátor odstranění odvozené třídy.

V uvedeném příkladu základní třída X a podtřída ArenaAllocatedX vytvářet své vlastní verze nový a vymazat operátory. Když je objekt odstraněn, C++ zkontroluje jeho typ pomocí vptr technika (virtuální ukazatel). Destruktor je virtuální a zaručuje, že sekvence odstranění začíná podtřídou a vyvolá správnou operaci odstranění pro dynamický typ objektu. Tato metoda je kritická pro zabránění únikům paměti a zajištění toho, že prostředky přidělené podtřídou budou náležitě uvolněny.

Dalším významným aspektem tohoto chování je, že C++ přímo neukládá nový a vymazat provozovatelé v VTable. Místo toho běhové prostředí používá destruktor k ověření, že je vyvolán příslušný operátor odstranění. Bez této metody by zničení objektu prostřednictvím ukazatele základní třídy vedlo k neúplnému uvolnění paměti, takže zdroje by zůstaly nespravované. To zdůrazňuje důležitost virtuálních destruktorů v hierarchiích dědičnosti C++, zejména když se používá vlastní alokace paměti.