Pemilihan Operator dan Pengurusan Memori dalam C++
Pelaksanaan tersuai bagi baru dan padam operator dalam C++ menyediakan kebebasan pengurusan memori yang luar biasa. Pengendali ini memberi pembangun kawalan ke atas peruntukan dan deallokasi memori dalam kelas mereka. Subkelas boleh menyebabkan kekeliruan, terutamanya apabila memilih padam operator untuk pemusnahan objek.
Dalam kes operator terlebih beban dalam C++, pemilihan yang betul baru operator kelihatan mudah kerana kelas sebenar diketahui pada peruntukan. Walau bagaimanapun, memilih pengendali padam yang sesuai boleh menjadi lebih halus, terutamanya apabila penuding kelas asas memaut ke contoh kelas terbitan.
Apabila penunjuk kelas asas memadamkan objek kelas terbitan, adakah C++ menggunakan padam operator daripada kelas asas atau terbitan? Keputusan ini mempunyai kesan yang besar terhadap cara memori diurus dan dibebaskan, terutamanya dalam kelas dengan algoritma pengurusan memori yang unik.
Dalam artikel ini, kami mengkaji cara g++ mengendalikan pemilihan operator pemadaman apabila subkelas mengatasinya. Kami akan menggunakan contoh untuk menunjukkan cara masa jalan C++ menentukan bentuk mana padam digunakan, dan bagaimana ini mempengaruhi pengurusan ingatan dalam amalan.
| Perintah | Contoh penggunaan |
|---|---|
| operator delete | Ini ialah pelaksanaan tersuai bagi pengendali padam. Dalam C++, anda boleh mengatasi operator memadam untuk mencipta tingkah laku deallocation memori tersuai untuk kelas anda. Seperti yang dilihat dalam skrip, memori dibebaskan secara eksplisit menggunakan std::free(ptr). |
| operator new | Begitu juga dengan operator memadam, pelaksanaan tersuai ini operator baru membolehkan anda menetapkan tingkah laku peruntukan memori tersuai. Ia digunakan untuk memperuntukkan memori menggunakan std::malloc(size) dan menghantar mesej tersuai yang menyatakan kelas mana yang memperuntukkan memori. |
| virtual destructor | Apabila menggunakan penunjuk kelas asas untuk memadam objek, pemusnah maya memanggil pemusnah yang sesuai. Dalam contoh, kedua-dua X dan ArenaAllocatedX menggunakan pemusnah maya untuk mengurus pembahagian memori dengan betul. |
| gtest | The gtest rangka kerja (GoogleTest) digunakan untuk membuat ujian unit. Dalam kes ini, ia menyemak sama ada betul padam operator digunakan. Adalah penting untuk memastikan bahawa peruntukan memori dan tindakan deallocation diuji secara meluas dalam pelbagai senario. |
| ASSERT_EQ | Makro ini daripada gtest perpustakaan menyemak sama ada dua nilai adalah sama, yang biasa digunakan dalam kod ujian. Walaupun dipermudahkan dalam kes ini, ia boleh digunakan untuk membandingkan keadaan memori atau proses pemadaman dalam ujian yang lebih rumit. |
| vptr | Vptr ialah penunjuk tersembunyi yang ditambahkan pada kelas dengan fungsi maya. Ia menunjuk ke jadual maya (VTable), yang mengandungi alamat fungsi maya. Kefahaman vptr menerangkan mengapa pengendali padam yang sesuai dipanggil berdasarkan jenis dinamik objek. |
| VTable | A VTable (Jadual Maya) ialah struktur yang mengekalkan rujukan kepada fungsi maya untuk setiap kelas dengan kaedah maya. Ini penting dalam menentukan pengendali padam yang sesuai untuk kelas terbitan dalam skrip kami. |
| malloc | The malloc fungsi memperuntukkan memori secara dinamik. Adat operator baru digunakan dan bukannya baharu untuk menekankan pengurusan memori langsung dan memberikan lebih fleksibiliti apabila menguji algoritma peruntukan yang berbeza. |
Pengurusan Memori dan Padamkan Pemilihan Operator dalam C++
Skrip yang ditawarkan sebelum ini memfokuskan pada cara C++ menentukan yang sesuai padam operator apabila bekerja dengan objek subkelas. C++ membenarkan untuk membebankan baru dan padam pengendali untuk mengendalikan peruntukan memori tersuai dan algoritma deallocation. Ini adalah relevan dalam keadaan di mana subkelas mungkin mempunyai keperluan pengurusan memori yang berbeza daripada kelas asasnya. Skrip contoh menunjukkan ini dengan mencipta kelas asas X dan subkelas ArenaAllocatedX, kedua-duanya dengan pelaksanaan tersuai bagi baru dan padam pengendali.
Dalam skrip pertama, the baru dan padam operator dibebankan untuk menghasilkan mesej tertentu semasa peruntukan memori dan pembebasan. Kelas asas X mempunyai satu pelaksanaan, tetapi subkelas ArenaAllocatedX mengatasinya. Pengambilalihan utama ialah cara C++ memutuskan versi mana padam operator untuk digunakan apabila objek dimusnahkan. Pengendali yang betul dipanggil untuk kedua-duanya X dan ArenaAllocatedX, kerana jenis dinamik objek menentukan ini, bukan jenis penunjuk (iaitu X*).
Skrip kedua memperkenalkan tanggapan tentang vptr dan VTable. Ini penting untuk memahami cara C++ menghantar fungsi maya, termasuk pemusnah. Walaupun pengendali padam tidak terkandung dalam VTable, pemusnah maya memainkan peranan penting dalam memastikan bahawa pengendali padam yang betul digunakan berdasarkan jenis dinamik objek. Pemusnah menjamin bahawa apabila a X* penunjuk menunjuk kepada a ArenaAllocatedX objek, subkelas padam operasi dipanggil.
Akhir sekali, skrip akhir menambah ujian unit menggunakan rangka kerja GoogleTest. Ujian unit adalah penting untuk memastikan bahawa fungsi pengurusan memori yang sesuai dilaksanakan dalam pelbagai konteks. Kami menggunakan ASSERT_EQ untuk memastikan bahawa kedua-dua asas dan subkelas memperuntukkan dan memadam memori dengan betul menggunakan operator masing-masing. Ini membantu memastikan tiada kebocoran memori atau deallokasi yang tidak sesuai berlaku, yang penting dalam aplikasi yang banyak bergantung pada pengurusan memori dinamik, terutamanya dalam perisian yang memerlukan kelajuan tinggi.
Secara keseluruhannya, skrip ini menunjukkan cara C++ mengendalikan lebihan beban operator sambil juga menekankan keperluan pemusnah maya dan penentuan jenis dinamik apabila menguruskan memori dalam hierarki warisan. Memahami mekanik VTable dan peranannya vptr menerangkan mengapa yang sesuai padam operator dipilih pada masa jalan, memastikan pengendalian memori yang betul dalam kedua-dua hierarki kelas asas dan kompleks.
Pengurusan Memori dan Padamkan Pemilihan Operator dalam C++
Skrip ini menggunakan pendekatan C++ tulen untuk menyiasat cara pengendali padam dipilih apabila subkelas mengatasinya. Kami menguji beban operator alternatif dalam kelas dan subkelas dengan mekanisme pengurusan memori yang betul.
#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;}
VTable Exploration dalam C++ untuk Operator Delete
Skrip ini menjana jadual maya dan menggunakan pemusnah maya untuk menentukan cara padam pengendali dipilih. Bendera pengkompil g++ dan alat pengendalian memori khusus digunakan untuk melihat struktur VTable.
#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;}
Ujian Unit untuk Pengendalian Memori dalam C++
Skrip ini menyediakan ujian unit untuk kedua-dua peruntukan memori dan senario pemadaman, bergantung pada rangka kerja ujian C++ seperti GoogleTest untuk menjamin bahawa kaedah pemadaman pengendali dipanggil dengan betul.
#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();}
Memahami Pengurusan Memori Melangkaui Asas
Dalam C++, pengurusan memori melibatkan penentuan yang mana padam operator untuk digunakan apabila objek dipadamkan, terutamanya dalam senario subkelas. Dalam keadaan sedemikian, C++ menggunakan konsep menaip dinamik untuk menentukan jenis sebenar objek pada masa jalan. Ini adalah perlu kerana apabila rujukan kelas asas menunjuk kepada objek kelas terbitan, pengendali pemusnah dan padam kelas terbitan mesti dipanggil.
Dalam contoh yang diberikan, kelas asas X dan subkelas ArenaAllocatedX mencipta versi mereka sendiri baru dan padam pengendali. Apabila objek dialih keluar, C++ menyemak jenisnya menggunakan vptr teknik (penunjuk maya). Pemusnah adalah maya, menjamin bahawa urutan pemadaman bermula dengan subkelas dan menggunakan operasi pemadaman yang betul untuk jenis dinamik objek. Kaedah ini penting untuk mengelakkan kebocoran memori dan memastikan sumber yang diperuntukkan oleh subkelas dikeluarkan dengan sewajarnya.
Satu lagi aspek penting dalam tingkah laku ini ialah C++ tidak menyimpan secara langsung baru dan padam pengendali dalam VTable. Sebaliknya, masa jalan menggunakan pemusnah untuk mengesahkan bahawa pengendali padam yang sesuai digunakan. Tanpa kaedah ini, memusnahkan objek melalui penuding kelas asas akan mengakibatkan deallocation memori yang tidak lengkap, menyebabkan sumber tidak terurus. Ini menekankan kepentingan pemusnah maya dalam hierarki warisan C++, terutamanya apabila peruntukan memori tersuai digunakan.
Soalan Lazim tentang Pengurusan Memori C++
- Apakah tujuan virtual destructor dalam C++?
- A virtual destructor memastikan bahawa apabila objek dialih keluar melalui penuding kelas asas, pemusnah untuk kelas terbitan dipanggil. Ini membolehkan pembersihan sumber yang betul.
- Adakah delete pengendali disimpan dalam VTable?
- Tidak, yang delete operator tidak disimpan dalam VTable. Pemusnah adalah maya, memastikan yang sesuai delete operator dipilih berdasarkan jenis dinamik objek.
- Bagaimanakah C++ menentukan yang delete operator untuk memanggil?
- C++ menggunakan penaipan dinamik melalui vptr (penunjuk maya) untuk memilih yang sesuai delete operator berdasarkan jenis objek yang dipadamkan.
- Mengapakah vptr penting dalam pemadaman subkelas?
- The vptr merujuk kepada VTable, yang mengandungi alamat untuk fungsi maya seperti pemusnah. Ini memastikan bahawa versi yang sesuai bagi delete dilaksanakan apabila objek subkelas dipadamkan.
- Bolehkah saya mengatasi kedua-duanya operator new dan operator delete dalam C++?
- Mengatasi operator new dan operator delete dalam mana-mana kelas membolehkan anda menukar cara memori diperuntukkan dan dibebaskan, seperti yang digambarkan dalam contoh dengan X dan ArenaAllocatedX.
Kesimpulan:
Memilih yang sesuai padam pengendali dalam C++ memerlukan pemahaman bagaimana pemusnah maya dan jenis dinamik berinteraksi. Apabila subkelas mengatasi fungsi pengurusan memori, pengkompil menjamin bahawa pengendali yang sesuai digunakan untuk pemusnahan objek.
Kaedah ini melindungi daripada kebocoran memori dan menjamin bahawa sumber khusus subkelas dibersihkan dengan betul. Melalui contoh dan penerokaan VTable, kursus ini menerangkan komponen penting pewarisan C++ ini dan cara bahasa mengendalikan deallocation memori.
Sumber dan Rujukan
- Kandungan berkenaan pemilihan padam operator dalam C++ adalah berdasarkan maklumat yang terdapat dalam rasmi Dokumentasi rujukan C++ .
- Tingkah laku pengkompil dan butiran penjanaan VTable telah diterokai melalui sumber yang disediakan oleh Dokumentasi GCC .
- Kod contoh telah diuji dan divisualisasikan menggunakan Penjelajah Pengkompil (Godbolt) alat, yang mensimulasikan tingkah laku kompilasi masa nyata merentas penyusun yang berbeza.