Comprender la selección de eliminación del operador C++ en subclases con g++

Selección de operador y gestión de memoria en C++

Implementaciones personalizadas del nuevo y borrar Los operadores en C++ proporcionan una tremenda libertad de gestión de memoria. Estos operadores dan a los desarrolladores control sobre la asignación y desasignación de memoria dentro de sus clases. La subclasificación puede generar confusión, especialmente al seleccionar el borrar operador para la destrucción de objetos.

En el caso de sobrecarga de operadores en C++, la selección del operador correcto nuevo El operador parece sencillo porque la clase real se conoce en el momento de la asignación. Sin embargo, elegir el operador de eliminación apropiado puede ser más sutil, especialmente cuando un puntero de clase base se vincula a una instancia de una clase derivada.

Cuando un puntero de clase base elimina un objeto de clase derivada, ¿C++ utiliza el borrar operador de la clase base o derivada? Esta decisión tiene un impacto sustancial en cómo se administra y libera la memoria, particularmente en clases con algoritmos de administración de memoria únicos.

En este artículo, estudiamos cómo g++ maneja la selección del operador de eliminación cuando las subclases lo anulan. Usaremos un ejemplo para mostrar cómo el tiempo de ejecución de C++ decide qué forma de borrar se utiliza y cómo esto afecta la gestión de la memoria en la práctica.

Gestión de memoria y selección de operador de eliminación en C++

Los scripts ofrecidos anteriormente se centran en cómo C++ determina la apropiada borrar operador cuando se trabaja con objetos de subclase. C++ permite sobrecargar el nuevo y borrar operadores para manejar algoritmos personalizados de asignación y desasignación de memoria. Esto es relevante en casos donde las subclases pueden tener requisitos de administración de memoria diferentes a los de sus clases base. Los scripts de ejemplo muestran esto creando una clase base. incógnita y una subclase ArenaAsignadoX, ambos con implementaciones personalizadas del nuevo y borrar operadores.

En el primer guión, el nuevo y borrar Los operadores están sobrecargados para producir mensajes específicos durante la asignación y liberación de memoria. la clase base incógnita tiene una única implementación, pero la subclase ArenaAsignadoX lo anula. La conclusión principal es cómo C++ decide qué versión del borrar Operador a utilizar cuando se destruye un objeto. Se llama al operador adecuado para ambos incógnita y ArenaAsignadoX, ya que el tipo dinámico del objeto determina esto, no el tipo de puntero (que es INCÓGNITA*).

El segundo guión introduce la noción de vptr y VTable. Estos son vitales para comprender cómo C++ distribuye funciones virtuales, incluidos los destructores. Aunque el operador de eliminación no está contenido en la VTable, el destructor virtual desempeña un papel crucial para garantizar que se invoque el operador de eliminación correcto según el tipo dinámico del objeto. El destructor garantiza que cuando un INCÓGNITA* El puntero apunta a un ArenaAsignadoX objeto, la subclase borrar se llama la operación.

Finalmente, el script final agrega pruebas unitarias utilizando el marco GoogleTest. Las pruebas unitarias son fundamentales para garantizar que se ejecuten las funciones adecuadas de gestión de memoria en diversos contextos. Usamos ASSERT_EQ para garantizar que tanto la base como la subclase asignen y eliminen memoria correctamente utilizando sus respectivos operadores. Esto ayuda a garantizar que no se produzcan pérdidas de memoria ni desasignaciones inapropiadas, lo cual es vital en aplicaciones que dependen en gran medida de la administración dinámica de la memoria, particularmente en software que requiere alta velocidad.

En general, estos scripts muestran cómo C++ maneja la sobrecarga de operadores y al mismo tiempo enfatizan la necesidad de destructores virtuales y determinación de tipos dinámicos al administrar la memoria en jerarquías de herencia. Comprender la mecánica de la VTable y el papel del vptr explica por qué el apropiado borrar El operador se selecciona en tiempo de ejecución, lo que garantiza un manejo adecuado de la memoria en jerarquías de clases tanto básicas como complejas.

#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();
}

Comprender la gestión de la memoria más allá de lo básico

En C++, la gestión de la memoria implica determinar qué borrar operador a utilizar cuando se elimina un objeto, particularmente en escenarios de subclases. En tales casos, C++ emplea el concepto de tipado dinámico para determinar el tipo real del objeto en tiempo de ejecución. Esto es necesario porque cuando una referencia de clase base apunta a un objeto de una clase derivada, se debe llamar al destructor y al operador de eliminación de la clase derivada.

En el ejemplo dado, la clase base incógnita y subclase ArenaAsignadoX crear sus propias versiones del nuevo y borrar operadores. Cuando se elimina un objeto, C++ verifica su tipo usando el vptr (puntero virtual) técnica. El destructor es virtual, lo que garantiza que la secuencia de eliminación comience con la subclase e invoque la operación de eliminación correcta para el tipo dinámico del objeto. Este método es fundamental para evitar pérdidas de memoria y garantizar que los recursos asignados por la subclase se liberen adecuadamente.

Otro aspecto importante de este comportamiento es que C++ no almacena directamente el nuevo y borrar operadores en el VTable. En cambio, el tiempo de ejecución utiliza el destructor para verificar que se invoque el operador de eliminación apropiado. Sin este método, destruir un objeto mediante un puntero de clase base daría como resultado una desasignación de memoria incompleta, dejando los recursos sin administrar. Esto enfatiza la importancia de los destructores virtuales en las jerarquías de herencia de C++, particularmente cuando se utiliza una asignación de memoria personalizada.