A C++ operátortörlési kijelölés megértése a g++ alosztályokban

Operátorválasztás és memóriakezelés C++ nyelven

Egyedi megvalósítások a és A C++ operátorai óriási memóriakezelési szabadságot biztosítanak. Ezek az operátorok adják a fejlesztőknek az osztályaikon belüli memória kiosztását és felszabadítását. Az alosztályozás zavart okozhat, különösen a töröl operátor az objektum megsemmisítéséhez.

Kezelői túlterhelés esetén C++ nyelven a megfelelő kiválasztása operátor egyértelműnek tűnik, mert a tényleges osztály ismert a kiosztáskor. A megfelelő törlési operátor kiválasztása azonban finomabb lehet, különösen akkor, ha egy alaposztály-mutató egy származtatott osztály példányára hivatkozik.

Amikor egy alaposztálymutató töröl egy származtatott osztályobjektumot, használja-e a C++ a operátor az alap vagy a származtatott osztályból? Ez a döntés jelentős hatással van a memóriakezelésre és -felszabadításra, különösen az egyedi memóriakezelési algoritmusokkal rendelkező osztályokban.

Ebben a cikkben azt tanulmányozzuk, hogy a g++ hogyan kezeli a törlési operátor kiválasztását, amikor az alosztályok felülírják azt. Egy példával bemutatjuk, hogy a C++ futási környezet hogyan dönti el, hogy melyik formát használják, és ez hogyan befolyásolja a memóriakezelést a gyakorlatban.

Parancs	Használati példa
operator delete	Ez a törlés operátor testreszabott megvalósítása. C++ nyelven felülírhatja a egyéni memóriafelszabadítási viselkedés létrehozásához az osztály számára. Ahogy a szkriptben látható, a memória kifejezetten az std::free(ptr) használatával szabadul fel.
operator new	Hasonlóan a , ez az egyedi megvalósítás lehetővé teszi testreszabott memóriafoglalási viselkedés beállítását. A memória lefoglalására használták az std::malloc(size) használatával, és egyéni üzenetet küldtek, amely meghatározza, hogy melyik osztály foglalta le a memóriát.
virtual destructor	Ha egy alaposztály-mutatót használ egy objektum törléséhez, a hívja a megfelelő rombolót. A példában az X és az ArenaAllocatedX is virtuális destruktorokat használ a memóriafelszabadítás megfelelő kezelésére.
gtest	A keretrendszert (GoogleTest) használják egységtesztek létrehozására. Ebben az esetben ellenőrzi, hogy helyes-e operátort használjuk. Nagyon fontos annak biztosítása, hogy a memóriafoglalási és -felszabadítási műveleteket alaposan teszteljék a különböző forgatókönyvekben.
ASSERT_EQ	Ez a makró a A könyvtár ellenőrzi, hogy két érték egyenlő-e, amit általában a tesztelési kódban használnak. Bár ebben az esetben leegyszerűsítve, bonyolultabb tesztelés során használható memóriaállapotok vagy törlési folyamatok összehasonlítására.
vptr	A vptr egy rejtett mutató, amelyet virtuális függvényekkel rendelkező osztályokhoz adnak hozzá. A virtuális táblára (VTable) mutat, amely a virtuális függvények címeit tartalmazza. Megértés elmagyarázza, miért hívják meg a megfelelő delete operátort az objektum dinamikus típusa alapján.
VTable	A (Virtual Table) egy olyan struktúra, amely virtuális metódusokkal minden osztály virtuális függvényeire hivatkozik. Ez kritikus fontosságú a szkriptünkben található származtatott osztályok megfelelő törlési operátorának meghatározásában.
malloc	A funkció dinamikusan lefoglalja a memóriát. Szokás az új helyett a közvetlen memóriakezelés hangsúlyozására és nagyobb rugalmasság biztosítására szolgált a különböző kiosztási algoritmusok tesztelésekor.

Memóriakezelés és operátorok törlése C++ nyelven

A korábban kínált szkriptek arra összpontosítanak, hogy a C++ hogyan határozza meg a megfelelőt operátort, ha alosztály objektumokkal dolgozik. A C++ lehetővé teszi a túlterhelést és töröl operátorok az egyéni memóriafoglalási és -felszabadítási algoritmusok kezeléséhez. Ez olyan esetekben releváns, amikor az alosztályok memóriakezelési követelményei eltérőek lehetnek, mint az alaposztályaik. A példaszkriptek ezt egy alaposztály létrehozásával mutatják meg és egy alosztály ArenaAllocatedX, mind az egyéni megvalósításokkal új és töröl operátorok.

Az első szkriptben a és Az operátorok túlterheltek, hogy meghatározott üzeneteket állítsanak elő a memória lefoglalása és felszabadítása során. Az alap osztály egyetlen megvalósítása van, de az alosztály ArenaAllocatedX felülírja. A legfontosabb dolog az, hogy a C++ hogyan dönti el, hogy melyik verziót töröl kezelőt használja, ha egy tárgy megsemmisül. Mindkettőhöz a megfelelő kezelőt kell hívni X és ArenaAllocatedX, mivel ezt az objektum dinamikus típusa határozza meg, nem pedig a mutató típusa (ami ).

A második szkript bevezeti a fogalmát a és . Ezek létfontosságúak annak megértéséhez, hogy a C++ hogyan küldi el a virtuális függvényeket, beleértve a destruktorokat is. Bár a delete operátor nem szerepel a VTable-ban, a virtuális destruktor döntő szerepet játszik annak biztosításában, hogy az objektum dinamikus típusa alapján a megfelelő delete operátor kerüljön meghívásra. A destruktor garantálja, hogy amikor a a mutató a-ra mutat ArenaAllocatedX objektum, az alosztályé műveletet hívják.

Végül az utolsó szkript egységteszteket ad hozzá a GoogleTest keretrendszer segítségével. Az egységtesztelés kritikus fontosságú annak biztosításához, hogy a megfelelő memóriakezelési funkciók különböző kontextusokban végrehajtásra kerüljenek. használjuk annak biztosítása érdekében, hogy mind az alap, mind az alosztály megfelelően lefoglalja és törölje a memóriát a megfelelő operátorok használatával. Ez segít abban, hogy ne forduljon elő memóriaszivárgás vagy nem megfelelő felosztás, ami létfontosságú azoknál az alkalmazásoknál, amelyek jelentős mértékben támaszkodnak a dinamikus memóriakezelésre, különösen a nagy sebességet igénylő szoftvereknél.

Összességében ezek a szkriptek azt mutatják meg, hogy a C++ hogyan kezeli az operátorok túlterhelését, miközben hangsúlyozzák a virtuális destruktorok és a dinamikus típusmeghatározás szükségességét az öröklődési hierarchiákban a memória kezelésekor. A VTable mechanikájának és a szerepének megértése elmagyarázza, miért a megfelelő operátort futás közben választják ki, biztosítva a megfelelő memóriakezelést mind az alapvető, mind az összetett osztályhierarchiában.

#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();
}

A memóriakezelés megértése az alapokon túl

A C++ nyelven a memóriakezelés magában foglalja annak meghatározását, hogy melyik operátort kell használni egy objektum törlésekor, különösen alosztályozási forgatókönyvekben. Ilyen esetekben a C++ a dinamikus gépelés koncepcióját alkalmazza az objektum tényleges típusának meghatározására futás közben. Erre azért van szükség, mert amikor egy alaposztály hivatkozás egy származtatott osztály objektumára mutat, a származtatott osztály destruktorát és delete operátorát kell meghívni.

Az adott példában az alaposztály és alosztály létrehozzák a saját verzióikat és töröl operátorok. Ha egy objektumot eltávolítanak, a C++ ellenőrzi annak típusát a (virtuális pointer) technika. A destruktor virtuális, amely garantálja, hogy a törlési sorozat az alosztállyal kezdődik, és az objektum dinamikus típusának megfelelő törlési műveletet hívja meg. Ez a módszer kritikus fontosságú a memóriaszivárgások megelőzése és az alosztály által lefoglalt erőforrások megfelelő felszabadítása szempontjából.

Ennek a viselkedésnek egy másik jelentős aspektusa, hogy a C++ nem tárolja közvetlenül a és operátorok a . Ehelyett a futási környezet a destruktort használja annak ellenőrzésére, hogy a megfelelő törlési operátor meghívva van-e. E módszer nélkül egy objektum alaposztálymutatón keresztüli megsemmisítése a memória hiányos felszabadítását eredményezné, és az erőforrásokat kezeletlenül hagyná. Ez hangsúlyozza a virtuális destruktorok fontosságát a C++ öröklődési hierarchiában, különösen, ha egyéni memóriafoglalást használnak.

A megfelelő kiválasztása operátor a C++ nyelvben megköveteli, hogy megértsük, hogyan hatnak egymásra a virtuális destruktorok és a dinamikus típusok. Amikor egy alosztály felülírja a memóriakezelési funkciókat, a fordító garantálja, hogy a megfelelő operátort használják az objektum megsemmisítésére.

Ez a módszer véd a memóriaszivárgás ellen, és garantálja, hogy az alosztály-specifikus erőforrások megfelelően megtisztulnak. Példákon és VTable-feltáráson keresztül a kurzus megvilágítja a C++ öröklődésének ezt a kritikus összetevőjét, és azt, hogy a nyelv hogyan kezeli a memóriafelszabadítást.