C++-operaattorin poistovalinnan ymmärtäminen alaluokissa g++:lla

Operaattorin valinta ja muistinhallinta C++:ssa

Mukautetut toteutukset ja C++:n operaattorit tarjoavat valtavan muistinhallintavapauden. Nämä operaattorit antavat kehittäjille hallinnan muistin varaamisesta ja purkamisesta luokkiensa sisällä. Alaluokka voi aiheuttaa sekaannusta, erityisesti valittaessa poistaa operaattori kohteen tuhoamiseen.

Jos operaattorin ylikuormitus tapahtuu C++:ssa, oikea valinta operaattori näyttää yksinkertaiselta, koska todellinen luokka tunnetaan allokoinnissa. Sopivan poisto-operaattorin valitseminen voi kuitenkin olla hienovaraisempaa, varsinkin kun perusluokan osoitin linkittää johdetun luokan esiintymään.

Kun perusluokan osoitin poistaa johdetun luokkaobjektin, käyttääkö C++ operaattori perus- tai johdetuista luokasta? Tällä päätöksellä on huomattava vaikutus muistin hallintaan ja vapauttamiseen, erityisesti luokissa, joissa on ainutlaatuisia muistinhallintaalgoritmeja.

Tässä artikkelissa tutkimme, kuinka g++ käsittelee poistooperaattorin valinnan, kun alaluokat ohittavat sen. Käytämme esimerkkiä näyttääksemme, kuinka C++-ajoaika päättää, minkä muodon käytetään ja miten tämä vaikuttaa muistinhallintaan käytännössä.

Komento	Esimerkki käytöstä
operator delete	Tämä on poisto-operaattorin mukautettu toteutus. C++:ssa voit ohittaa luodaksesi mukautetun muistinvarauskäyttäytymisen luokallesi. Kuten skriptistä nähdään, muisti vapautetaan eksplisiittisesti käyttämällä std::free(ptr) -komentoa.
operator new	Samoin kuin , tämä mukautettu toteutus voit määrittää mukautetun muistin varauskäyttäytymisen. Sitä käytettiin muistin varaamiseen käyttämällä std::malloc(size)-komentoa ja mukautetun viestin lähettämiseen, jossa määritettiin mikä luokka varasi muistin.
virtual destructor	Kun käytät perusluokan osoitinta objektin poistamiseen, kutsuu asianmukaista tuhoajaa. Esimerkissä sekä X että ArenaAllocatedX käyttävät virtuaalisia tuhoajia hallitakseen oikein muistin purkamista.
gtest	The yksikkötestien luomiseen käytetään kehystä (GoogleTest). Tässä tapauksessa se tarkistaa, onko oikein operaattoria käytetään. On erittäin tärkeää varmistaa, että muistin varaus- ja purkamistoiminnot testataan laajasti eri skenaarioissa.
ASSERT_EQ	Tämä makro alkaen kirjasto tarkistaa, ovatko kaksi arvoa yhtä suuret, mitä käytetään yleisesti testauskoodissa. Vaikka se on yksinkertaistettu tässä tapauksessa, sitä voidaan käyttää muistitilojen tai poistoprosessien vertaamiseen monimutkaisemmissa testauksissa.
vptr	vptr on piilotettu osoitin, joka lisätään luokkiin, joissa on virtuaalisia toimintoja. Se osoittaa virtuaalitaulukkoon (VTable), joka sisältää virtuaalifunktioiden osoitteet. Ymmärtäminen selittää, miksi sopiva poisto-operaattori kutsutaan kohteen dynaamisen tyypin perusteella.
VTable	A (Virtual Table) on rakenne, joka ylläpitää viittauksia virtuaalisiin funktioihin jokaisessa luokassa virtuaalisilla menetelmillä. Tämä on erittäin tärkeää määritettäessä sopiva poisto-operaattori skriptimme johdetuille luokille.
malloc	The toiminto varaa muistia dynaamisesti. Mukautettu käytettiin uuden sijaan painottamaan suoraa muistinhallintaa ja tarjoamaan enemmän joustavuutta testattaessa erilaisia ​​allokointialgoritmeja.

Muistinhallinta ja operaattorin poistaminen C++:ssa

Aiemmin tarjotut skriptit keskittyvät siihen, kuinka C++ määrittää sopivan operaattoria työskennellessäsi alaluokkaobjektien kanssa. C++ sallii ylikuormituksen ja poistaa operaattorit voivat käsitellä mukautettuja muistin varaus- ja purkamisalgoritmeja. Tämä on olennaista tapauksissa, joissa alaluokilla voi olla erilaiset muistinhallintavaatimukset kuin niiden perusluokilla. Esimerkkikomentosarjat osoittavat tämän luomalla perusluokan ja alaluokka ArenaAllocatedX, sekä mukautetuilla toteutuksilla uusi ja poistaa operaattorit.

Ensimmäisessä käsikirjoituksessa ja operaattorit ovat ylikuormitettuja tuottamaan määritettyjä viestejä muistin varaamisen ja vapauttamisen aikana. Perusluokka on yksi toteutus, mutta alaluokka ArenaAllocatedX ohittaa sen. Tärkeintä on, kuinka C++ päättää, mikä versio poistaa operaattoria käytettäväksi, kun esine tuhoutuu. Molemmille kutsutaan oikea operaattori X ja ArenaAllocatedX, koska objektin dynaaminen tyyppi määrittää tämän, ei osoittimen tyyppi (joka on ).

Toinen kirjoitus esittelee käsitteen ja . Nämä ovat elintärkeitä ymmärtääksesi, kuinka C++ lähettää virtuaalisia toimintoja, mukaan lukien tuhoajia. Vaikka poisto-operaattori ei sisälly V-taulukkoon, virtuaalihävittäjällä on ratkaiseva rooli sen varmistamisessa, että oikea poisto-operaattori kutsutaan kohteen dynaamisen tyypin perusteella. Tuhoaja takaa, että kun a osoitin osoittaa a ArenaAllocatedX objekti, alaluokka operaatiota kutsutaan.

Lopuksi viimeinen komentosarja lisää yksikkötestejä GoogleTest-kehyksen avulla. Yksikkötestaus on kriittinen sen varmistamiseksi, että asianmukaiset muistinhallintatoiminnot suoritetaan eri yhteyksissä. Käytämme varmistaakseen, että sekä perus- että alaluokka varaavat ja poistavat muistia oikein käyttämällä vastaavia operaattoreita. Tämä auttaa varmistamaan, ettei muistivuotoja tai epäasianmukaisia ​​purkauksia tapahdu, mikä on elintärkeää sovelluksissa, jotka ovat merkittävästi riippuvaisia ​​dynaamisesta muistin hallinnasta, erityisesti ohjelmistoissa, jotka vaativat suurta nopeutta.

Kaiken kaikkiaan nämä skriptit osoittavat, kuinka C++ käsittelee operaattorin ylikuormitusta ja korostaa samalla virtuaalisten destruktoreiden ja dynaamisen tyyppimäärityksen tarvetta hallittaessa muistia perintöhierarkioissa. VTablen mekaniikan ja roolin ymmärtäminen selittää miksi sopiva operaattori valitaan ajon aikana, mikä varmistaa oikean muistin käsittelyn sekä perus- että monimutkaisissa luokkahierarkioissa.

#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();
}

Muistinhallinnan ymmärtäminen perusteiden lisäksi

C++:ssa muistinhallintaan kuuluu sen määrittäminen, mikä -operaattoria, jota käytetään, kun objekti poistetaan, erityisesti aliluokitusskenaarioissa. Tällaisissa tapauksissa C++ käyttää dynaamisen kirjoittamisen käsitettä määrittääkseen objektin todellisen tyypin suorituksen aikana. Tämä on tarpeen, koska kun perusluokan viittaus viittaa johdetun luokan objektiin, johdetun luokan destruktori- ja delete-operaattori on kutsuttava.

Annetussa esimerkissä perusluokka ja alaluokka luoda omia versioita ja poistaa operaattorit. Kun objekti poistetaan, C++ tarkistaa sen tyypin käyttämällä (virtuaaliosoittimen) tekniikka. Tuhoaja on virtuaalinen, mikä takaa, että poistosekvenssi alkaa alaluokasta ja käynnistää oikean poistotoiminnon objektin dynaamiselle tyypille. Tämä menetelmä on kriittinen muistivuotojen estämiseksi ja sen varmistamiseksi, että alaluokan allokoimat resurssit vapautetaan asianmukaisesti.

Toinen tärkeä näkökohta tässä käyttäytymisessä on, että C++ ei tallenna suoraan ja operaattorit . Sen sijaan ajonaika käyttää tuhoajaa varmistaakseen, että asianmukainen poisto-operaattori on kutsuttu. Ilman tätä menetelmää objektin tuhoaminen perusluokan osoittimen avulla johtaisi epätäydelliseen muistin purkamiseen, jolloin resurssit jäävät hallitsemattomiksi. Tämä korostaa virtuaalisten tuhoajien tärkeyttä C++-perintöhierarkioissa, erityisesti kun käytetään mukautettua muistin varausta.

Sopivan valitseminen Operaattori C++:ssa edellyttää ymmärtämistä kuinka virtuaaliset tuhoajat ja dynaamiset tyypit ovat vuorovaikutuksessa. Kun alaluokka ohittaa muistinhallintatoiminnot, kääntäjä takaa, että objektien tuhoamiseen käytetään asianmukaista operaattoria.

Tämä menetelmä suojaa muistivuotoja vastaan ​​ja takaa, että alaluokkakohtaiset resurssit puhdistetaan oikein. Esimerkkien ja VTable-tutkimuksen avulla kurssi valaisee tämän C++-perinnön kriittisen osan ja kuinka kieli käsittelee muistin purkamista.