Избор оператора и управљање меморијом у Ц++
Прилагођене имплементације ново и избрисати оператори у Ц++ обезбеђују огромну слободу управљања меморијом. Ови оператори дају програмерима контролу над алокацијом и делокацијом меморије унутар својих класа. Подкласирање може довести до забуне, посебно при одабиру избрисати оператер за уништавање објеката.
У случају преоптерећења оператора у Ц++, избор исправног ново Оператор изгледа једноставно јер је стварна класа позната при алокацији. Међутим, одабир одговарајућег оператора брисања може бити суптилнији, посебно када се показивач основне класе повезује са инстанцом изведене класе.
Када показивач основне класе избрише објекат изведене класе, да ли Ц++ користи избрисати оператор из основне или изведене класе? Ова одлука има значајан утицај на начин управљања и ослобађања меморије, посебно у класама са јединственим алгоритмима за управљање меморијом.
У овом чланку проучавамо како г++ рукује избором оператора брисања када га подкласе надјачају. Користићемо пример да покажемо како Ц++ рунтиме одлучује који облик избрисати се користи и како то утиче на управљање меморијом у пракси.
| Цомманд | Пример употребе |
|---|---|
| operator delete | Ово је прилагођена имплементација оператора делете. У Ц++, можете заменити оператор делете да креирате прилагођено понашање ослобађања меморије за вашу класу. Као што се види у скрипти, меморија се експлицитно ослобађа помоћу стд::фрее(птр). |
| operator new | Слично као оператор делете, ова прилагођена имплементација оператер нов омогућава вам да подесите прилагођено понашање доделе меморије. Коришћен је за доделу меморије коришћењем стд::маллоц(сизе) и слање прилагођене поруке која наводи која класа је доделила меморију. |
| virtual destructor | Када користите показивач основне класе за брисање објекта, виртуелни деструктор позива одговарајући деструктор. У примеру, и Кс и АренаАллоцатедКс користе виртуелне деструкторе за правилно управљање расподелом меморије. |
| gtest | Тхе гтест фрамеворк (ГооглеТест) се користи за креирање јединичних тестова. У овом случају, проверава да ли је исправно избрисати користи се оператор. Од кључне је важности да се осигура да су акције доделе меморије и ослобађања опсежно тестиране у различитим сценаријима. |
| ASSERT_EQ | Овај макро из гтест библиотека проверава да ли су две вредности једнаке, што се обично користи у коду за тестирање. Иако је у овом случају поједностављен, може се користити за поређење стања меморије или процеса брисања у компликованијем тестирању. |
| vptr | Вптр је скривени показивач који се додаје класама са виртуелним функцијама. Показује на виртуелну табелу (ВТабле), која садржи адресе виртуелних функција. Разумевање вптр објашњава зашто се позива одговарајући оператор брисања на основу динамичког типа објекта. |
| VTable | А ВТабле (Виртуелна табела) је структура која одржава референце на виртуелне функције за сваку класу са виртуелним методама. Ово је кључно за одређивање одговарајућег оператора брисања за изведене класе у нашој скрипти. |
| malloc | Тхе маллоц функција динамички додељује меморију. Цустом оператер нов је коришћен уместо новог да би се нагласио директно управљање меморијом и обезбедила већа флексибилност приликом тестирања различитих алгоритама алокације. |
Управљање меморијом и избор оператора брисања у Ц++
Претходно понуђене скрипте се фокусирају на то како Ц++ одређује одговарајуће избрисати оператор при раду са објектима поткласе. Ц++ дозвољава преоптерећење ново и избрисати оператори за руковање прилагођеним алгоритмима за доделу меморије и отпуштање. Ово је релевантно у случајевима када подкласе могу имати различите захтеве за управљање меморијом од њихових основних класа. Примери скрипти то показују креирањем основне класе Кс и подкласу АренаАллоцатедКс, оба са прилагођеним имплементацијама ново и избрисати оператери.
У првом сценарију, ново и избрисати оператори су преоптерећени да производе одређене поруке током алокације и ослобађања меморије. Основна класа Кс има једну имплементацију, али поткласу АренаАллоцатедКс надјачава га. Главни закључак је како Ц++ одлучује која верзија избрисати оператор који се користи када је објекат уништен. За оба се позива одговарајући оператор Кс и АренаАллоцатедКс, јер то одређује динамички тип објекта, а не тип показивача (који је Кс*).
Други сценарио уводи појам вптр и ВТабле. Ово је од виталног значаја за разумевање како Ц++ шаље виртуелне функције, укључујући деструкторе. Иако оператор делете није садржан у ВТабле, виртуелни деструктор игра кључну улогу у обезбеђивању да се прави оператор брисања позове на основу динамичког типа објекта. Деструктор гарантује да када а Кс* показивач показује на а АренаАллоцатедКс објекат, поткласа избрисати операција се зове.
Коначно, коначна скрипта додаје тестове јединица користећи ГооглеТест оквир. Јединично тестирање је критично да би се осигурало да се одговарајуће функције управљања меморијом извршавају у различитим контекстима. Користимо АССЕРТ_ЕК како би се осигурало да и база и подкласа правилно додељују и бришу меморију користећи своје одговарајуће операторе. Ово помаже да се осигура да не дође до цурења меморије или неприкладних делокација, што је од виталног значаја у апликацијама које се значајно ослањају на динамичко управљање меморијом, посебно у софтверу који захтева велику брзину.
Све у свему, ове скрипте показују како Ц++ управља преоптерећењем оператора, истовремено наглашавајући потребу за виртуелним деструкторима и динамичким одређивањем типа приликом управљања меморијом у хијерархијама наслеђивања. Разумевање механике ВТабле и улоге вптр објашњава зашто одговарајућа избрисати Оператор се бира током извршавања, обезбеђујући правилно руковање меморијом у основним и сложеним хијерархијама класа.
Управљање меморијом и избор оператора брисања у Ц++
Ова скрипта користи чисти Ц++ приступ да истражи како се бира оператор делете када га подкласе надјачају. Тестирамо алтернативна преоптерећења оператора у класи и подкласама са исправним механизмима управљања меморијом.
#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;}
ВТабле Екплоратион у Ц++ за Оператор Делете
Ова скрипта генерише виртуелне табеле и користи виртуелне деструкторе да одреди како се бирају оператори брисања. Заставице компајлера г++ и специфични алати за руковање меморијом се користе да би се видела структура ВТабле.
#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;}
Јединични тестови за руковање меморијом у Ц++
Ова скрипта обезбеђује јединичне тестове за сценарије алокације и брисања меморије, ослањајући се на Ц++ оквире за тестирање као што је ГооглеТест да би се гарантовало да су методе брисања оператора правилно позване.
#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();}
Разумевање управљања меморијом изван основа
У Ц++, управљање меморијом укључује одређивање које избрисати оператор који се користи када се објекат брише, посебно у сценаријима подкласе. У таквим случајевима, Ц++ користи концепт динамичког куцања да би одредио стварни тип објекта у току извршавања. Ово је неопходно јер када референца основне класе указује на објекат изведене класе, мора се позвати деструктор и оператор за брисање изведене класе.
У датом примеру, основна класа Кс и подкласе АренаАллоцатедКс креирају сопствене верзије ново и избрисати оператери. Када се објекат уклони, Ц++ проверава његов тип користећи вптр (виртуелни показивач) техника. Деструктор је виртуелни, што гарантује да секвенца брисања почиње са подкласом и позива исправну операцију брисања за динамички тип објекта. Овај метод је критичан за спречавање цурења меморије и обезбеђивање да су ресурси додељени подкласи на одговарајући начин ослобођени.
Још један значајан аспект овог понашања је да Ц++ не складишти директно ново и избрисати оператери у ВТабле. Уместо тога, време извођења користи деструктор да би проверило да ли је позван одговарајући оператор брисања. Без ове методе, уништавање објекта преко показивача основне класе резултирало би непотпуном расподелом меморије, остављајући ресурсе неуправљаним. Ово наглашава важност виртуелних деструктора у Ц++ хијерархијама наслеђивања, посебно када се користи прилагођена алокација меморије.
Често постављана питања о Ц++ управљању меморијом
- Која је сврха virtual destructor у Ц++?
- А virtual destructor обезбеђује да када се објекат уклони преко показивача основне класе, деструктор за изведену класу се позива. Ово омогућава правилно чишћење ресурса.
- Да ли delete да се оператер сачува у ВТабле?
- Не, delete оператор се не чува у ВТабле. Деструктор је виртуелни, осигуравајући да је одговарајући delete оператор се бира на основу динамичког типа објекта.
- Како Ц++ одређује који delete оператер да позове?
- Ц++ користи динамичко куцање преко vptr (виртуелни показивач) да бисте изабрали одговарајући delete оператор на основу типа објекта који се брише.
- Зашто је vptr важно за брисање подкласе?
- Тхе vptr се односи на ВТабле, која садржи адресе за виртуелне функције као што је деструктор. Ово осигурава да одговарајућа верзија delete се извршава када се објекат подкласе избрише.
- Могу ли заменити оба operator new и operator delete у Ц++?
- Оверридинг operator new и operator delete у било којој класи вам омогућава да промените начин на који се меморија додељује и ослобађа, као што је илустровано у примеру са X и ArenaAllocatedX.
Закључак:
Избор одговарајућег избрисати оператор у Ц++ захтева разумевање начина на који виртуелни деструктори и динамички типови међусобно делују. Када поткласа надјача функције управљања меморијом, компајлер гарантује да се одговарајући оператор користи за уништавање објеката.
Овај метод штити од цурења меморије и гарантује да су ресурси специфични за подкласу исправно очишћени. Кроз примере и ВТабле истраживање, курс осветљава ову критичну компоненту наслеђивања Ц++-а и начин на који језик управља делокацијом меморије.
Извори и референце
- Садржај у вези са избором избрисати оператора у Ц++ заснована је на информацијама пронађеним у службеним Ц++ референтна документација .
- Понашање компајлера и детаљи генерисања ВТабле истражени су кроз ресурсе које је обезбедио ГЦЦ документација .
- Пример кода је тестиран и визуелизован коришћењем Истраживач компајлера (Годболт) алат, који симулира понашање компилације у реалном времену у различитим компајлерима.