Výber operátora a správa pamäte v C++
Vlastné implementácie a operátory v C++ poskytujú obrovskú slobodu správy pamäte. Tieto operátory dávajú vývojárom kontrolu nad alokáciou a uvoľnením pamäte v rámci ich tried. Podtrieda môže viesť k zmätku, najmä pri výbere vymazať prevádzkovateľa na zničenie objektu.
V prípade preťaženia operátorov v C++ výber správneho operátor sa zdá byť jednoduchý, pretože skutočná trieda je známa pri prideľovaní. Výber vhodného operátora vymazania však môže byť dômyselnejší, najmä ak sa ukazovateľ základnej triedy spája s inštanciou odvodenej triedy.
Keď ukazovateľ základnej triedy vymaže objekt odvodenej triedy, používa C++ objekt operátor zo základnej alebo odvodenej triedy? Toto rozhodnutie má podstatný vplyv na to, ako je pamäť spravovaná a uvoľňovaná, najmä v triedach s jedinečnými algoritmami správy pamäte.
V tomto článku študujeme, ako g ++ spracováva výber operátora vymazania, keď ho prepíšu podtriedy. Na príklade ukážeme, ako sa runtime C++ rozhoduje o ktorej forme a ako to ovplyvňuje správu pamäte v praxi.
| Príkaz | Príklad použitia |
|---|---|
| operator delete | Toto je prispôsobená implementácia operátora vymazania. V C++ môžete prepísať vytvoriť vlastné správanie pri rozdeľovaní pamäte pre vašu triedu. Ako je vidieť v skripte, pamäť sa explicitne uvoľňuje pomocou std::free(ptr). |
| operator new | Podobne ako , túto vlastnú implementáciu umožňuje nastaviť prispôsobené správanie pri prideľovaní pamäte. Bol použitý na alokáciu pamäte pomocou std::malloc (veľkosť) a odoslanie vlastnej správy špecifikujúcej, ktorá trieda pridelila pamäť. |
| virtual destructor | Pri použití ukazovateľa základnej triedy na odstránenie objektu, zavolá príslušný deštruktor. V príklade X aj ArenaAllocatedX využívajú virtuálne deštruktory na správne riadenie rozdelenia pamäte. |
| gtest | The framework (GoogleTest) sa používa na vytváranie jednotkových testov. V tomto prípade skontroluje, či je správna používa sa operátor. Je dôležité zabezpečiť, aby akcie prideľovania a rozdeľovania pamäte boli dôkladne testované v rôznych scenároch. |
| ASSERT_EQ | Toto makro z knižnica kontroluje, či sú dve hodnoty rovnaké, čo sa bežne používa v testovacom kóde. Aj keď je v tomto prípade zjednodušený, dá sa použiť na porovnanie stavov pamäte alebo procesov mazania pri komplikovanejšom testovaní. |
| vptr | Vptr je skrytý ukazovateľ pridaný do tried s virtuálnymi funkciami. Ukazuje na virtuálnu tabuľku (VTable), ktorá obsahuje adresy virtuálnych funkcií. Porozumenie vysvetľuje, prečo sa volá príslušný operátor vymazania na základe dynamického typu objektu. |
| VTable | A (Virtual Table) je štruktúra, ktorá udržiava odkazy na virtuálne funkcie pre každú triedu s virtuálnymi metódami. Toto je rozhodujúce pri určovaní vhodného operátora vymazania pre odvodené triedy v našom skripte. |
| malloc | The funkcia dynamicky prideľuje pamäť. Vlastné bol použitý namiesto nového na zdôraznenie priamej správy pamäte a poskytnutie väčšej flexibility pri testovaní rôznych alokačných algoritmov. |
Správa pamäte a vymazanie výberu operátora v C++
Predtým ponúkané skripty sa zameriavajú na to, ako C++ určuje vhodné operátor pri práci s objektmi podtriedy. C++ umožňuje preťaženie a vymazať operátorov na spracovanie vlastných algoritmov prideľovania a udeľovania pamäte. To je dôležité v prípadoch, keď podtriedy môžu mať iné požiadavky na správu pamäte ako ich základné triedy. Príklady skriptov to ukazujú vytvorením základnej triedy a podtrieda ArenaAllocatedX, a to ako s vlastnými implementáciami nové a vymazať operátorov.
V prvom skripte, a Operátori sú preťažení, aby vytvárali špecifikované správy počas prideľovania a uvoľňovania pamäte. Základná trieda má jedinú implementáciu, ale podtriedu ArenaAllocatedX prepíše to. Hlavnou vecou je, ako C++ rozhodne, ktorú verziu vymazať operátor použiť pri zničení objektu. Pre obe možnosti je povolaný správny operátor X a ArenaAllocatedX, pretože to určuje dynamický typ objektu, nie typ ukazovateľa (čo je ).
Druhý skript zavádza pojem a . Tieto sú nevyhnutné na pochopenie toho, ako C++ odosiela virtuálne funkcie vrátane deštruktorov. Hoci operátor vymazania nie je obsiahnutý vo VTable, virtuálny deštruktor zohráva kľúčovú úlohu pri zabezpečovaní toho, že sa na základe dynamického typu objektu vyvolá správny operátor vymazania. Deštruktor zaručuje, že keď a ukazovateľ ukazuje na a ArenaAllocatedX objekt, podtrieda operácia sa nazýva.
Nakoniec posledný skript pridáva testy jednotiek pomocou rámca GoogleTest. Testovanie jednotiek je rozhodujúce na zabezpečenie toho, aby sa v rôznych kontextoch vykonávali príslušné funkcie správy pamäte. Používame aby sa zabezpečilo, že základná aj podtrieda správne alokujú a vymazávajú pamäť pomocou príslušných operátorov. To pomáha zaistiť, že nedochádza k úniku pamäte alebo nevhodným delokáciám, čo je dôležité v aplikáciách, ktoré sa výrazne spoliehajú na dynamickú správu pamäte, najmä v softvéri, ktorý vyžaduje vysokú rýchlosť.
Celkovo tieto skripty ukazujú, ako C++ zvláda preťaženie operátorov, pričom zároveň zdôrazňujú potrebu virtuálnych deštruktorov a dynamického určovania typu pri správe pamäte v hierarchiách dedičnosti. Pochopenie mechaniky VTable a úlohy vysvetľuje, prečo je to vhodné Operátor sa vyberá za behu, čím sa zaisťuje správne zaobchádzanie s pamäťou v základných aj zložitých hierarchiách tried.
Správa pamäte a vymazanie výberu operátora v C++
Tento skript využíva čisto C++ prístup k vyšetrovaniu toho, ako je vybraný operátor vymazania, keď ho prepíšu podtriedy. Testujeme preťaženie alternatívnych operátorov v triede a podtriedach so správnymi mechanizmami správy pamäte.
#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 v C++ pre odstránenie operátora
Tento skript generuje virtuálne tabuľky a používa virtuálne deštruktory na určenie spôsobu výberu operátorov vymazania. Na zobrazenie štruktúry VTable sa používajú príznaky kompilátora g++ a špecifické nástroje na prácu s pamäťou.
#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;}
Unit Testy pre prácu s pamäťou v C++
Tento skript poskytuje testy jednotiek pre scenáre prideľovania aj odstraňovania pamäte, pričom sa spolieha na testovacie rámce C++, ako je GoogleTest, aby sa zaručilo, že metódy odstránenia operátora budú správne volané.
#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();}
Pochopenie správy pamäte nad rámec základov
V C++ správa pamäte zahŕňa určenie, ktoré operátor, ktorý sa má použiť, keď sa objekt odstráni, najmä v scenároch podtriedy. V takýchto prípadoch C++ využíva koncept dynamického typovania na určenie skutočného typu objektu za behu. Je to potrebné, pretože keď referencia základnej triedy ukazuje na objekt odvodenej triedy, musí sa zavolať deštruktor a operátor vymazania odvodenej triedy.
V uvedenom príklade základná trieda a podtrieda vytvárať svoje vlastné verzie a vymazať operátorov. Keď je objekt odstránený, C++ skontroluje jeho typ pomocou (virtuálny ukazovateľ). Deštruktor je virtuálny a zaručuje, že sekvencia vymazania začína podtriedou a vyvolá správnu operáciu vymazania pre dynamický typ objektu. Táto metóda je kritická na zabránenie úniku pamäte a zabezpečenie toho, aby boli prostriedky pridelené podtriedou správne uvoľnené.
Ďalším významným aspektom tohto správania je, že C++ priamo neukladá a operátori v . Namiesto toho modul runtime používa deštruktor na overenie, či je vyvolaný príslušný operátor vymazania. Bez tejto metódy by zničenie objektu prostredníctvom ukazovateľa základnej triedy viedlo k neúplnému uvoľneniu pamäte, čo by ponechalo zdroje nespravované. To zdôrazňuje dôležitosť virtuálnych deštruktorov v hierarchiách dedičnosti C++, najmä ak sa používa vlastné prideľovanie pamäte.
Často kladené otázky o správe pamäte C++
- Aký je účel v C++?
- A zaisťuje, že keď je objekt odstránený prostredníctvom ukazovateľa základnej triedy, je vyvolaný deštruktor pre odvodenú triedu. To umožňuje správne čistenie zdrojov.
- Má operátor uložiť do VTable?
- Nie, operátor nie je vedený vo VTabuľke. Deštruktor je virtuálny, čo zabezpečuje, že je vhodný operátor sa vyberá na základe dynamického typu objektu.
- Ako C++ určuje, ktoré operátorovi zavolať?
- C++ využíva dynamické písanie cez (virtuálny ukazovateľ) na výber vhodného operátor na základe typu objektu, ktorý sa vymazáva.
- Prečo je dôležité pri odstraňovaní podtriedy?
- The odkazuje na VTable, ktorá obsahuje adresy pre virtuálne funkcie, ako je deštruktor. Tým sa zabezpečí, že príslušná verzia sa vykoná pri vymazaní objektu podtriedy.
- Môžem prepísať oboje a v C++?
- Prvoradé a v ľubovoľnej triede vám umožňuje zmeniť spôsob prideľovania a uvoľňovania pamäte, ako je znázornené v príklade s a ArenaAllocatedX.
Výber vhodného operátor v C++ vyžaduje pochopenie toho, ako virtuálne deštruktory a dynamické typy interagujú. Keď podtrieda prepíše funkcie správy pamäte, kompilátor zaručí, že sa na zničenie objektu použije vhodný operátor.
Táto metóda chráni pred únikmi pamäte a zaručuje, že zdroje špecifické pre podtriedu budú správne vyčistené. Prostredníctvom príkladov a skúmania VTable kurz objasňuje túto kritickú zložku dedičnosti C++ a spôsob, akým jazyk zaobchádza s rozdelením pamäte.
- Obsah týkajúci sa výberu operátorov v C++ bol založený na informáciách nájdených v oficiálnom C++ referenčná dokumentácia .
- Správanie kompilátora a podrobnosti o generovaní VTable boli preskúmané prostredníctvom zdrojov poskytnutých spoločnosťou Dokumentácia GCC .
- Vzorový kód bol testovaný a vizualizovaný pomocou Compiler Explorer (Godbolt) nástroj, ktorý simuluje správanie kompilácie v reálnom čase naprieč rôznymi kompilátormi.