Inzicht in de C++-operator Verwijder selectie in subklassen met g++

Operatorselectie en geheugenbeheer in C++

Aangepaste implementaties van de nieuw En verwijderen Operators in C++ zorgen voor een enorme vrijheid op het gebied van geheugenbeheer. Deze operators geven ontwikkelaars controle over de toewijzing en de toewijzing van geheugen binnen hun klassen. Subclassificatie kan tot verwarring leiden, vooral bij het selecteren van de verwijderen operator voor objectvernietiging.

In het geval van overbelasting van de operator in C++, is de selectie van het juiste nieuw operator lijkt eenvoudig omdat de feitelijke klasse bekend is bij de toewijzing. Het kiezen van de juiste verwijderoperator kan echter subtieler zijn, vooral wanneer een basisklasse-aanwijzer linkt naar een exemplaar van een afgeleide klasse.

Wanneer een basisklasse-aanwijzer een afgeleid klasseobject verwijdert, gebruikt C++ dan de verwijderen operator uit de basisklasse of afgeleide klasse? Deze beslissing heeft een substantiële impact op de manier waarop geheugen wordt beheerd en vrijgemaakt, vooral in klassen met unieke geheugenbeheeralgoritmen.

In dit artikel bestuderen we hoe g++ omgaat met de selectie van de verwijderingsoperator wanneer subklassen deze overschrijven. We zullen een voorbeeld gebruiken om te laten zien hoe de C++-runtime bepaalt welke vorm van verwijderen wordt gebruikt, en hoe dit het geheugenbeheer in de praktijk beïnvloedt.

Geheugenbeheer en selectie van operatoren verwijderen in C++

De eerder aangeboden scripts richten zich op hoe C++ het juiste bepaalt verwijderen operator bij het werken met subklasseobjecten. C++ zorgt voor overbelasting van de nieuw En verwijderen operators om aangepaste geheugentoewijzing en deallocatie-algoritmen af ​​te handelen. Dit is relevant in gevallen waarin subklassen andere geheugenbeheervereisten kunnen hebben dan hun basisklassen. De voorbeeldscripts laten dit zien door een basisklasse te maken X en een onderklasse ArenaAllocatedX, beide met aangepaste implementaties van de nieuw En verwijderen exploitanten.

In het eerste script wordt de nieuw En verwijderen operators worden overbelast om specifieke berichten te produceren tijdens het toewijzen en vrijmaken van geheugen. De basisklasse X heeft één enkele implementatie, maar de subklasse ArenaAllocatedX overschrijft het. De belangrijkste afhaalmogelijkheid is hoe C++ beslist welke versie van het verwijderen operator die u kunt gebruiken wanneer een object wordt vernietigd. Voor beide is de juiste operator nodig X En ArenaAllocatedX, aangezien het dynamische type van het object dit bepaalt, en niet het type van de aanwijzer (dat is X*).

Het tweede script introduceert het begrip van de vptr En Vtabel. Deze zijn essentieel om te begrijpen hoe C++ virtuele functies verzendt, inclusief destructors. Hoewel de verwijderoperator niet in de VTable aanwezig is, speelt de virtuele destructor een cruciale rol bij het garanderen dat de juiste verwijderoperator wordt aangeroepen op basis van het dynamische type van het object. De destructor garandeert dat wanneer a X* wijzer wijst naar a ArenaAllocatedX object, de subklasse verwijderen operatie wordt genoemd.

Ten slotte voegt het uiteindelijke script unit-tests toe met behulp van het GoogleTest-framework. Unit-tests zijn van cruciaal belang om ervoor te zorgen dat de juiste geheugenbeheerfuncties in verschillende contexten worden uitgevoerd. Wij gebruiken ASSERT_EQ om ervoor te zorgen dat zowel de basis- als de subklasse geheugen correct toewijzen en verwijderen met behulp van hun respectievelijke operators. Dit helpt ervoor te zorgen dat er geen geheugenlekken of ongepaste overdrachtslocaties optreden, wat van cruciaal belang is bij toepassingen die in aanzienlijke mate afhankelijk zijn van dynamisch geheugenbeheer, vooral bij software die hoge snelheid vereist.

Over het geheel genomen laten deze scripts zien hoe C++ omgaat met overbelasting van operators, terwijl ook de nadruk wordt gelegd op de noodzaak van virtuele destructors en dynamische typebepaling bij het beheren van geheugen in overervingshiërarchieën. Inzicht in de werking van de VTable en de rol van de VTable vptr legt uit waarom het passend is verwijderen operator wordt tijdens runtime geselecteerd, waardoor een goede geheugenverwerking in zowel eenvoudige als complexe klassenhiërarchieën wordt gegarandeerd.

#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();
}

Geheugenbeheer begrijpen dat verder gaat dan de basis

In C++ houdt geheugenbeheer in dat wordt bepaald welke verwijderen operator die moet worden gebruikt wanneer een object wordt verwijderd, vooral in subclassificatiescenario's. In dergelijke gevallen gebruikt C++ het concept van dynamisch typen om het werkelijke type van het object tijdens runtime te bepalen. Dit is nodig omdat wanneer een basisklassereferentie naar een object van een afgeleide klasse verwijst, de destructor en de delete-operator van de afgeleide klasse moeten worden aangeroepen.

In het gegeven voorbeeld de basisklasse X en subklasse ArenaAllocatedX creëren hun eigen versies van de nieuw En verwijderen exploitanten. Wanneer een object wordt verwijderd, controleert C++ het type met behulp van de vptr (virtuele aanwijzer) techniek. De destructor is virtueel en garandeert dat de verwijderingsreeks begint met de subklasse en de juiste verwijderbewerking aanroept voor het dynamische type van het object. Deze methode is van cruciaal belang om geheugenlekken te voorkomen en ervoor te zorgen dat de door de subklasse toegewezen bronnen op de juiste manier worden vrijgegeven.

Een ander belangrijk aspect van dit gedrag is dat C++ de nieuw En verwijderen exploitanten in de Vtabel. In plaats daarvan gebruikt de runtime de destructor om te verifiëren dat de juiste verwijderoperator wordt aangeroepen. Zonder deze methode zou het vernietigen van een object via een basisklasse-pointer resulteren in een onvolledige geheugendeallocatie, waardoor bronnen onbeheerd zouden blijven. Dit benadrukt het belang van virtuele destructors in C++-overervingshiërarchieën, vooral wanneer aangepaste geheugentoewijzing wordt gebruikt.