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

Výběr operátora a správa paměti v C++

Vlastní implementace a 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 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 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 a jak to ovlivňuje správu paměti v praxi.

Příkaz	Příklad použití
operator delete	Toto je přizpůsobená implementace operátoru delete. V C++ můžete přepsat vytvořit vlastní chování dealokace paměti pro vaši třídu. Jak je vidět ve skriptu, paměť je explicitně uvolněna pomocí std::free(ptr).
operator new	Podobně jako , tato vlastní implementace umožňuje nastavit přizpůsobené chování při přidělování paměti. Byl použit k alokaci paměti pomocí std::malloc(velikost) a odeslání vlastní zprávy specifikující, která třída alokovala paměť.
virtual destructor	Při použití ukazatele základní třídy k odstranění objektu, volá příslušný destruktor. V tomto příkladu X i ArenaAllocatedX využívají virtuální destruktory ke správné správě dealokace paměti.
gtest	The framework (GoogleTest) se používá k vytváření jednotkových testů. V tomto případě zkontroluje, zda je správná používá se operátor. Je důležité zajistit, aby akce alokace paměti a dealokace byly rozsáhle testovány v různých scénářích.
ASSERT_EQ	Toto makro z knihovna kontroluje, zda jsou dvě hodnoty stejné, což se běžně používá v testovacím kódu. I když je v tomto případě zjednodušený, lze jej použít k porovnání stavů paměti nebo procesů mazání při složitějším testování.
vptr	Vptr je skrytý ukazatel přidaný do tříd s virtuálními funkcemi. Ukazuje na virtuální tabulku (VTable), která obsahuje adresy virtuálních funkcí. Porozumění vysvětluje, proč je volán příslušný operátor odstranění na základě dynamického typu objektu.
VTable	A (Virtual Table) je struktura, která udržuje odkazy na virtuální funkce pro každou třídu s virtuálními metodami. To je zásadní pro určení vhodného operátoru odstranění pro odvozené třídy v našem skriptu.
malloc	The funkce dynamicky přiděluje paměť. Zvyk byl použit místo nového, aby zdůraznil přímou správu paměti a poskytl větší flexibilitu při testování různých alokačních algoritmů.

Správa paměti a mazání výběru operátora v C++

Dříve nabízené skripty se zaměřují na to, jak C++ určuje vhodné operátor při práci s objekty podtřídy. C++ umožňuje přetížení 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 a podtřída ArenaAllocatedX, a to jak s vlastními implementacemi nový a vymazat operátory.

V prvním skriptu, a Operátoři jsou přetíženi, aby produkovali zadané zprávy během alokace a uvolňování paměti. Základní třída 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 ).

Druhý skript zavádí pojem a . 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 ukazatel ukazuje na a ArenaAllocatedX objekt, podtřída 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 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 vysvětluje, proč je vhodné 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 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 a podtřída vytvářet své vlastní verze a vymazat operátory. Když je objekt odstraněn, C++ zkontroluje jeho typ pomocí 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 a provozovatelé v . 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.

Výběr vhodného operátor v C++ vyžaduje pochopení toho, jak virtuální destruktory a dynamické typy interagují. Když podtřída přepíše funkce správy paměti, kompilátor zaručí, že se pro zničení objektu použije vhodný operátor.

Tato metoda chrání před úniky paměti a zaručuje, že zdroje specifické pro podtřídu budou správně vyčištěny. Prostřednictvím příkladů a zkoumání VTable kurz osvětlí tuto kritickou komponentu dědičnosti C++ a způsob, jakým jazyk zachází s dealokací paměti.