Compreendendo a seleção de exclusão do operador C++ em subclasses com g++

Seleção de operadores e gerenciamento de memória em C++

Implementações personalizadas do novo e excluir operadores em C++ proporcionam uma enorme liberdade de gerenciamento de memória. Esses operadores dão aos desenvolvedores controle sobre a alocação e desalocação de memória dentro de suas classes. A subclassificação pode causar confusão, especialmente ao selecionar o excluir operador para destruição de objetos.

No caso de sobrecarga de operador em C++, a seleção do operador correto novo O operador parece simples porque a classe real é conhecida na alocação. No entanto, escolher o operador delete apropriado pode ser mais sutil, especialmente quando um ponteiro de classe base está vinculado a uma instância de uma classe derivada.

Quando um ponteiro de classe base exclui um objeto de classe derivada, o C++ usa o excluir operador da classe base ou derivada? Esta decisão tem um impacto substancial na forma como a memória é gerenciada e liberada, especialmente em classes com algoritmos exclusivos de gerenciamento de memória.

Neste artigo, estudamos como g++ lida com a seleção do operador de exclusão quando as subclasses o substituem. Usaremos um exemplo para mostrar como o tempo de execução C++ decide qual forma de excluir é usado e como isso afeta o gerenciamento de memória na prática.

Gerenciamento de memória e seleção de operador de exclusão em C++

Os scripts oferecidos anteriormente se concentram em como o C++ determina o excluir operador ao trabalhar com objetos de subclasse. C++ permite sobrecarregar o novo e excluir operadores para lidar com algoritmos personalizados de alocação e desalocação de memória. Isto é relevante nos casos em que as subclasses podem ter requisitos de gerenciamento de memória diferentes dos de suas classes base. Os scripts de exemplo mostram isso criando uma classe base X e uma subclasse ArenaAllocatedX, ambos com implementações personalizadas do novo e excluir operadores.

No primeiro roteiro, o novo e excluir os operadores são sobrecarregados para produzir mensagens especificadas durante a alocação e liberação de memória. A classe básica X tem uma única implementação, mas a subclasse ArenaAllocatedX substitui-lo. A principal conclusão é como o C++ decide qual versão do excluir operador a ser usado quando um objeto é destruído. O operador adequado é chamado para ambos X e ArenaAllocatedX, já que o tipo dinâmico do objeto determina isso, não o tipo do ponteiro (que é X*).

O segundo roteiro introduz a noção de vptr e Tabela V. Eles são vitais para entender como o C++ despacha funções virtuais, incluindo destruidores. Embora o operador delete não esteja contido na VTable, o destruidor virtual desempenha um papel crucial para garantir que o operador delete correto seja invocado com base no tipo dinâmico do objeto. O destruidor garante que quando um X* ponteiro aponta para um ArenaAllocatedX objeto, a subclasse excluir operação é chamada.

Por fim, o script final adiciona testes unitários usando a estrutura GoogleTest. O teste unitário é fundamental para garantir que as funções apropriadas de gerenciamento de memória sejam executadas em vários contextos. Nós usamos ASSERT_EQ para garantir que tanto a base quanto a subclasse aloquem e excluam memória corretamente usando seus respectivos operadores. Isso ajuda a garantir que não ocorram vazamentos de memória ou desalocações inadequadas, o que é vital em aplicativos que dependem significativamente do gerenciamento dinâmico de memória, especialmente em softwares que exigem alta velocidade.

No geral, esses scripts mostram como C++ lida com a sobrecarga de operadores, ao mesmo tempo que enfatizam a necessidade de destruidores virtuais e determinação dinâmica de tipo ao gerenciar memória em hierarquias de herança. Compreender a mecânica da VTable e o papel do vptr explica por que o apropriado excluir O operador é selecionado em tempo de execução, garantindo o manuseio adequado da memória em hierarquias de classes básicas e complexas.

#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();
}

Compreendendo o gerenciamento de memória além do básico

Em C++, o gerenciamento de memória envolve determinar quais excluir operador a ser usado quando um objeto é excluído, especialmente em cenários de subclasse. Nesses casos, C++ emprega o conceito de tipagem dinâmica para determinar o tipo real do objeto em tempo de execução. Isso é necessário porque quando uma referência de classe base aponta para um objeto de uma classe derivada, o destruidor e o operador delete da classe derivada devem ser chamados.

No exemplo dado, a classe base X e subclasse ArenaAllocatedX criar suas próprias versões do novo e excluir operadores. Quando um objeto é removido, C++ verifica seu tipo usando o vptr técnica (ponteiro virtual). O destruidor é virtual, garantindo que a sequência de exclusão comece com a subclasse e invoque a operação de exclusão correta para o tipo dinâmico do objeto. Este método é fundamental para evitar vazamentos de memória e garantir que os recursos alocados pela subclasse sejam liberados de forma adequada.

Outro aspecto significativo desse comportamento é que C++ não armazena diretamente o novo e excluir operadores no Tabela V. Em vez disso, o tempo de execução usa o destruidor para verificar se o operador de exclusão apropriado foi invocado. Sem esse método, destruir um objeto por meio de um ponteiro de classe base resultaria em uma desalocação de memória incompleta, deixando os recursos sem gerenciamento. Isso enfatiza a importância dos destruidores virtuais nas hierarquias de herança C++, especialmente quando a alocação de memória personalizada é usada.