Förstå C++ Operator Ta bort urval i underklasser med g++

Operatörsval och minneshantering i C++

Anpassade implementeringar av ny och radera Operatörer i C++ ger en enorm minneshanteringsfrihet. Dessa operatörer ger utvecklare kontroll över allokering och avallokering av minne inom sina klasser. Underklassning kan leda till förvirring, särskilt när du väljer radera operatör för att förstöra föremål.

I fallet med operatörens överbelastning i C++, valet av rätt ny operatorn verkar okomplicerad eftersom den faktiska klassen är känd vid tilldelningen. Men att välja lämplig raderingsoperator kan vara mer subtilt, särskilt när en basklasspekare länkar till en instans av en härledd klass.

När en basklasspekare tar bort ett härlett klassobjekt, använder C++ radera operatör från basen eller härledd klass? Detta beslut har en betydande inverkan på hur minnet hanteras och frigörs, särskilt i klasser med unika minneshanteringsalgoritmer.

I den här artikeln studerar vi hur g++ hanterar urvalet av raderingsoperator när underklasser åsidosätter det. Vi använder ett exempel för att visa hur C++-körtiden avgör vilken form av radera används, och hur detta påverkar minneshanteringen i praktiken.

Minneshantering och ta bort operatörsval i C++

De tidigare erbjudna skripten fokuserar på hur C++ avgör lämpligt radera operatör när du arbetar med subklassobjekt. C++ gör det möjligt att överbelasta ny och radera operatörer för att hantera anpassade minnesallokerings- och deallokeringsalgoritmer. Detta är relevant i fall där underklasser kan ha andra krav på minneshantering än deras basklasser. Exempelskripten visar detta genom att skapa en basklass X och en underklass ArenaAllocatedX, båda med anpassade implementeringar av ny och radera operatörer.

I det första manuset ny och radera operatörer överbelastas för att producera specificerade meddelanden under minnesallokering och frigöring. Basklassen X har en enda implementering, men underklassen ArenaAllocatedX åsidosätter det. Det viktigaste är hur C++ bestämmer vilken version av radera operatör att använda när ett föremål förstörs. Rätt operatör kallas för båda X och ArenaAllocatedX, eftersom objektets dynamiska typ avgör detta, inte typen av pekare (som är X*).

Det andra manuset introducerar begreppet vptr och VTable. Dessa är viktiga för att förstå hur C++ skickar virtuella funktioner, inklusive destruktörer. Även om borttagningsoperatorn inte finns i VTable, spelar den virtuella förstöraren en avgörande roll för att säkerställa att rätt raderingsoperator anropas baserat på objektets dynamiska typ. Destruktören garanterar att när en X* pekaren pekar på en ArenaAllocatedX objekt, underklassens radera operation kallas.

Slutligen lägger det slutliga skriptet till enhetstester med hjälp av GoogleTest-ramverket. Enhetstestning är avgörande för att säkerställa att lämpliga minneshanteringsfunktioner exekveras i olika sammanhang. Vi använder ASSERT_EQ för att säkerställa att både basen och underklassen allokerar och raderar minne korrekt med sina respektive operatorer. Detta hjälper till att säkerställa att inga minnesläckor eller olämpliga deallokeringar inträffar, vilket är avgörande i applikationer som i hög grad förlitar sig på dynamisk minneshantering, särskilt i programvara som kräver hög hastighet.

Sammantaget visar dessa skript hur C++ hanterar operatörsöverbelastning samtidigt som de betonar behovet av virtuella förstörare och dynamisk typbestämning vid hantering av minne i arvshierarkier. Förstå VTables mekanik och rollen av vptr förklarar varför det är lämpligt radera operatören väljs vid körning, vilket säkerställer korrekt minneshantering i både grundläggande och komplexa klasshierarkier.

#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();
}

Förstå minneshantering utöver grunderna

I C++ innebär minneshantering att bestämma vilken radera operatör att använda när ett objekt raderas, särskilt i underklassningsscenarier. I sådana fall använder C++ konceptet dynamisk typning för att bestämma den faktiska typen av objekt vid körning. Detta är nödvändigt eftersom när en basklassreferens pekar på ett objekt av en härledd klass, måste den härledda klassens destruktor och borttagningsoperator anropas.

I det givna exemplet, basklassen X och underklass ArenaAllocatedX skapa sina egna versioner av ny och radera operatörer. När ett objekt tas bort kontrollerar C++ dess typ med hjälp av vptr (virtuell pekare) teknik. Destruktorn är virtuell, vilket garanterar att raderingssekvensen börjar med underklassen och anropar korrekt raderingsoperation för objektets dynamiska typ. Den här metoden är avgörande för att förhindra minnesläckor och för att säkerställa att resurser som tilldelats av underklassen frigörs på lämpligt sätt.

En annan viktig aspekt av detta beteende är att C++ inte direkt lagrar ny och radera operatörer i VTable. Istället använder körtiden destruktorn för att verifiera att lämplig borttagningsoperator anropas. Utan denna metod skulle förstörelse av ett objekt via en basklasspekare resultera i ofullständig minnesallokering, vilket lämnar resurser opåverkade. Detta understryker vikten av virtuella förstörare i C++-arvshierarkier, särskilt när anpassad minnesallokering används.