Κατανόηση της επιλογής διαγραφής χειριστή C++ σε υποκατηγορίες με g++

Επιλογή χειριστή και διαχείριση μνήμης σε C++

Προσαρμοσμένες υλοποιήσεις του και Οι χειριστές στη C++ παρέχουν τεράστια ελευθερία διαχείρισης μνήμης. Αυτοί οι τελεστές δίνουν στους προγραμματιστές τον έλεγχο της κατανομής και της κατανομής της μνήμης εντός των κλάσεων τους. Η υποκατηγορία μπορεί να οδηγήσει σε σύγχυση, ιδιαίτερα κατά την επιλογή του διαγράφω χειριστή για καταστροφή αντικειμένων.

Σε περίπτωση υπερφόρτωσης τελεστή σε C++, η επιλογή του σωστού Ο τελεστής εμφανίζεται απλός επειδή η πραγματική κλάση είναι γνωστή κατά την κατανομή. Ωστόσο, η επιλογή του κατάλληλου τελεστή διαγραφής μπορεί να είναι πιο λεπτή, ειδικά όταν ένας δείκτης βασικής κλάσης συνδέεται με ένα στιγμιότυπο μιας παραγόμενης κλάσης.

Όταν ένας δείκτης κλάσης βάσης διαγράφει ένα παραγόμενο αντικείμενο κλάσης, η C++ χρησιμοποιεί το τελεστής από τη βασική ή παράγωγη κλάση; Αυτή η απόφαση έχει ουσιαστικό αντίκτυπο στον τρόπο διαχείρισης και απελευθέρωσης της μνήμης, ιδιαίτερα σε τάξεις με μοναδικούς αλγόριθμους διαχείρισης μνήμης.

Σε αυτό το άρθρο, μελετάμε πώς το g++ χειρίζεται την επιλογή τελεστή διαγραφής όταν οι υποκλάσεις την παρακάμπτουν. Θα χρησιμοποιήσουμε ένα παράδειγμα για να δείξουμε πώς ο χρόνος εκτέλεσης της C++ αποφασίζει ποια μορφή χρησιμοποιείται και πώς αυτό επηρεάζει τη διαχείριση της μνήμης στην πράξη.

Εντολή	Παράδειγμα χρήσης
operator delete	Αυτή είναι μια προσαρμοσμένη υλοποίηση του τελεστή διαγραφής. Στην C++, μπορείτε να παρακάμψετε το για να δημιουργήσετε προσαρμοσμένη συμπεριφορά κατανομής μνήμης για την τάξη σας. Όπως φαίνεται στο σενάριο, η μνήμη ελευθερώνεται ρητά χρησιμοποιώντας το std::free(ptr).
operator new	Ομοίως με , αυτή η προσαρμοσμένη εφαρμογή του σας επιτρέπει να ορίσετε προσαρμοσμένη συμπεριφορά κατανομής μνήμης. Χρησιμοποιήθηκε για την εκχώρηση μνήμης χρησιμοποιώντας το std::malloc(size) και την αποστολή ενός προσαρμοσμένου μηνύματος που καθορίζει ποια κλάση εκχώρησε τη μνήμη.
virtual destructor	Όταν χρησιμοποιείτε δείκτη κλάσης βάσης για να διαγράψετε ένα αντικείμενο, το καλεί τον κατάλληλο καταστροφέα. Στο παράδειγμα, τόσο το X όσο και το ArenaAllocatedX χρησιμοποιούν εικονικούς καταστροφείς για τη σωστή διαχείριση της κατανομής μνήμης.
gtest	Ο πλαίσιο (GoogleTest) χρησιμοποιείται για τη δημιουργία δοκιμών μονάδας. Σε αυτήν την περίπτωση, ελέγχει αν είναι σωστό χρησιμοποιείται χειριστής. Είναι σημαντικό να διασφαλιστεί ότι οι ενέργειες εκχώρησης μνήμης και εκχώρησης ελέγχονται εκτενώς σε διάφορα σενάρια.
ASSERT_EQ	Αυτή η μακροεντολή από το Η βιβλιοθήκη ελέγχει εάν δύο τιμές είναι ίσες, κάτι που χρησιμοποιείται συνήθως στον κώδικα δοκιμής. Αν και απλοποιημένο σε αυτήν την περίπτωση, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη σύγκριση καταστάσεων μνήμης ή διαδικασιών διαγραφής σε πιο περίπλοκες δοκιμές.
vptr	Το vptr είναι ένας κρυφός δείκτης που προστίθεται σε κλάσεις με εικονικές συναρτήσεις. Δείχνει τον εικονικό πίνακα (VTable), ο οποίος περιέχει τις διευθύνσεις των εικονικών συναρτήσεων. Κατανόηση εξηγεί γιατί καλείται ο κατάλληλος τελεστής διαγραφής με βάση τον δυναμικό τύπο του αντικειμένου.
VTable	ΕΝΑ (Virtual Table) είναι μια δομή που διατηρεί αναφορές σε εικονικές συναρτήσεις για κάθε τάξη με εικονικές μεθόδους. Αυτό είναι κρίσιμο για τον προσδιορισμό του κατάλληλου τελεστή διαγραφής για παράγωγες κλάσεις στο σενάριό μας.
malloc	Ο η λειτουργία εκχωρεί δυναμικά τη μνήμη. Εθιμο χρησιμοποιήθηκε αντί για νέο για να δώσει έμφαση στη διαχείριση της άμεσης μνήμης και να παρέχει μεγαλύτερη ευελιξία κατά τη δοκιμή διαφορετικών αλγορίθμων κατανομής.

Διαχείριση μνήμης και διαγραφή επιλογής χειριστή στη C++

Τα σενάρια που προσφέρθηκαν προηγουμένως επικεντρώνονται στον τρόπο με τον οποίο η C++ καθορίζει το κατάλληλο τελεστής όταν εργάζεστε με αντικείμενα υποκλάσης. Το C++ επιτρέπει την υπερφόρτωση του και διαγράφω χειριστές για το χειρισμό προσαρμοσμένων αλγορίθμων κατανομής και εκχώρησης μνήμης. Αυτό είναι σχετικό σε περιπτώσεις όπου οι υποκλάσεις μπορεί να έχουν διαφορετικές απαιτήσεις διαχείρισης μνήμης από τις βασικές τους κλάσεις. Τα παραδείγματα σεναρίων το δείχνουν αυτό δημιουργώντας μια βασική κλάση και μια υποκατηγορία ArenaAllocatedX, τόσο με προσαρμοσμένες υλοποιήσεις του νέος και διαγράφω χειριστές.

Στο πρώτο σενάριο, το και Οι χειριστές υπερφορτώνονται για να παράγουν συγκεκριμένα μηνύματα κατά την εκχώρηση και την απελευθέρωση μνήμης. Η βασική κατηγορία έχει μια ενιαία υλοποίηση, αλλά την υποκλάση ArenaAllocatedX το παρακάμπτει. Το κύριο στοιχείο είναι πώς η C++ αποφασίζει ποια έκδοση του διαγράφω χειριστή για χρήση όταν ένα αντικείμενο καταστρέφεται. Ο σωστός χειριστής καλείται και για τα δύο Χ και ArenaAllocatedX, καθώς ο δυναμικός τύπος του αντικειμένου καθορίζει αυτό, όχι ο τύπος του δείκτη (που είναι ).

Το δεύτερο σενάριο εισάγει την έννοια του και . Αυτά είναι ζωτικής σημασίας για την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο η C++ αποστέλλει εικονικές λειτουργίες, συμπεριλαμβανομένων των καταστροφέων. Αν και ο τελεστής διαγραφής δεν περιέχεται στον VTable, ο εικονικός καταστροφέας διαδραματίζει κρίσιμο ρόλο στη διασφάλιση ότι ο σωστός τελεστής διαγραφής καλείται με βάση τον δυναμικό τύπο του αντικειμένου. Ο καταστροφέας εγγυάται ότι όταν α ο δείκτης δείχνει σε α ArenaAllocatedX αντικείμενο, της υποκλάσης ονομάζεται λειτουργία.

Τέλος, το τελικό σενάριο προσθέτει δοκιμές μονάδων χρησιμοποιώντας το πλαίσιο GoogleTest. Ο έλεγχος μονάδας είναι κρίσιμος για τη διασφάλιση ότι οι κατάλληλες λειτουργίες διαχείρισης μνήμης εκτελούνται σε διάφορα περιβάλλοντα. χρησιμοποιούμε για να διασφαλίσετε ότι τόσο η βάση όσο και η υποκλάση εκχωρούν και διαγράφουν σωστά τη μνήμη χρησιμοποιώντας τους αντίστοιχους τελεστές τους. Αυτό βοηθά να διασφαλιστεί ότι δεν θα σημειωθούν διαρροές μνήμης ή ακατάλληλες εκχωρήσεις, κάτι που είναι ζωτικής σημασίας σε εφαρμογές που βασίζονται σημαντικά στη δυναμική διαχείριση μνήμης, ιδιαίτερα σε λογισμικό που απαιτεί υψηλή ταχύτητα.

Συνολικά, αυτά τα σενάρια δείχνουν πώς η C++ χειρίζεται την υπερφόρτωση τελεστών, ενώ ταυτόχρονα τονίζουν την ανάγκη για εικονικούς καταστροφείς και δυναμικό προσδιορισμό τύπων κατά τη διαχείριση της μνήμης σε ιεραρχίες κληρονομικότητας. Κατανόηση της μηχανικής του VTable και του ρόλου του εξηγεί γιατί το κατάλληλο Ο χειριστής επιλέγεται κατά το χρόνο εκτέλεσης, διασφαλίζοντας τον σωστό χειρισμό της μνήμης τόσο σε βασικές όσο και σε πολύπλοκες ιεραρχίες κλάσεων.

#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();
}

Κατανόηση της διαχείρισης μνήμης πέρα ​​από τα βασικά

Στη C++, η διαχείριση μνήμης περιλαμβάνει τον προσδιορισμό του τελεστής για χρήση όταν διαγράφεται ένα αντικείμενο, ιδιαίτερα σε σενάρια υποκλάσης. Σε τέτοιες περιπτώσεις, η C++ χρησιμοποιεί την έννοια της δυναμικής πληκτρολόγησης για να προσδιορίσει τον πραγματικό τύπο του αντικειμένου κατά το χρόνο εκτέλεσης. Αυτό είναι απαραίτητο γιατί όταν μια βασική κλάση αναφέρεται σε ένα αντικείμενο μιας παράγωγης κλάσης, πρέπει να κληθεί ο τελεστής καταστροφέα και διαγραφής της παραγόμενης κλάσης.

Στο συγκεκριμένο παράδειγμα, η βασική κλάση και υποκατηγορία δημιουργήσουν τις δικές τους εκδοχές του και διαγράφω χειριστές. Όταν ένα αντικείμενο αφαιρείται, η C++ ελέγχει τον τύπο του χρησιμοποιώντας το τεχνική (εικονικός δείκτης). Ο καταστροφέας είναι εικονικός, διασφαλίζοντας ότι η ακολουθία διαγραφής ξεκινά με την υποκλάση και επικαλείται τη σωστή λειτουργία διαγραφής για τον δυναμικό τύπο του αντικειμένου. Αυτή η μέθοδος είναι κρίσιμη για την αποφυγή διαρροών μνήμης και για τη διασφάλιση ότι οι πόροι που διατίθενται από την υποκλάση αποδεσμεύονται κατάλληλα.

Μια άλλη σημαντική πτυχή αυτής της συμπεριφοράς είναι ότι η C++ δεν αποθηκεύει απευθείας το και χειριστές στην . Αντίθετα, ο χρόνος εκτέλεσης χρησιμοποιεί τον καταστροφέα για να επαληθεύσει ότι έχει κληθεί ο κατάλληλος τελεστής διαγραφής. Χωρίς αυτή τη μέθοδο, η καταστροφή ενός αντικειμένου μέσω ενός δείκτη κλάσης βάσης θα είχε ως αποτέλεσμα την ατελή κατανομή της μνήμης, αφήνοντας τους πόρους χωρίς διαχείριση. Αυτό τονίζει τη σημασία των εικονικών καταστροφέων στις ιεραρχίες κληρονομικότητας της C++, ιδιαίτερα όταν χρησιμοποιείται προσαρμοσμένη εκχώρηση μνήμης.

Επιλέγοντας το κατάλληλο Ο χειριστής στη C++ απαιτεί κατανόηση του τρόπου με τον οποίο αλληλεπιδρούν οι εικονικοί καταστροφείς και οι δυναμικοί τύποι. Όταν μια υποκλάση παρακάμπτει τις λειτουργίες διαχείρισης μνήμης, ο μεταγλωττιστής εγγυάται ότι ο κατάλληλος τελεστής χρησιμοποιείται για την καταστροφή αντικειμένων.

Αυτή η μέθοδος προστατεύει από διαρροές μνήμης και εγγυάται ότι οι πόροι για συγκεκριμένες υποκατηγορίες καθαρίζονται σωστά. Μέσω παραδειγμάτων και εξερεύνησης VTable, το μάθημα φωτίζει αυτό το κρίσιμο στοιχείο της κληρονομικότητας της C++ και τον τρόπο με τον οποίο η γλώσσα χειρίζεται την κατανομή μνήμης.