C++中的自定义内存管理
1,问题:
1,new 关键字创建出来的对象位于什么地方?
1,位于堆空间;
2,有没有可能位于其它地方?
1,有;
2,通过一些方式可以使动态创建的对象位于静态存储区;
3,这个存储区在程序结束后释放;
2,new/delete 被忽略的事实:
1,new/delete 的本质是 C++ 预定义的操作符;
1,new/delete 是关键字,但本质是预定义的操作符;
2,C++ 中操作符可以重载;
2,C++ 对这两个操作符做了严格的行为定义;
1,new:
1,获取足够大的内存空间(默认为堆空间);
2,在获取的空间中调用构造函数创建对象;
2,delete:
1,调用析构函数销毁对象;
2,归还对象所占用的空间(默认为堆空间);
3,在 C++ 中能够重载 new/delete 操作符:
1,全局重载(不推荐);
1,实际工程开发中不建议这样做
2,局部重载(针对具体类型进行重载);
1,针对具体的类重载;
3,重载 new/delete 的意义在于改变动态对象创建时的内存分配方式;
1,可以将创建的对象放到其它的内存空间里面去;
4,new/delete 的重载方式:
1,代码示例:
// static member function
void* operator new(unsinged int size) // 第一步获取内存,参数表示需要获取的内存大小;
{
void* ret = NULL; /* ret point to allocated memory */ // 第二步在内存中调用构造函数创建对象; return ret;
} // static member function
void operator delete (void* p) // p 指针指向对应的对象地址,也就是要释放的地址;
{
/* free the memory which is pointed by p */
}
2,通过函数来对这两个操作符进行重载;
3,一般针对具体类来重载,所以说 new/delete 的重载函数就是类的成员函数,并且这两个重载函数默认为静态成员函数,写不写 static 都是静态成员函数;
3,静态存储区中创建动态对象编程实验:
#include <iostream>
#include <string> using namespace std; class Test
{
static const unsigned int COUNT = ; static char c_buffer[]; // 本质是这里申请空间而下面只是标记使用而已;
static char c_map[]; int m_value;
public:
void* operator new (unsigned int size)
{
void* ret = NULL; // 如果这片内存已经满了,返回空; /* 查找在 c_buffer 里面那些位置是空闲的,可以用来创建 Test 对象 */
for(int i=; i<COUNT; i++)
{
if( !c_map[i] ) // 当前空间不可用了;
{
c_map[i] = ; // 标记为不可用; ret = c_buffer + i * sizeof(Test); // 查找 c_buffer 这片可用内存空间的首地址,并返回这片空间; cout << "succeed to allocate memory: " << ret << endl; break;
}
} return ret;
} void operator delete (void* p)
{
if( p != NULL ) // 空指针时候什么都不处理;
{
char* mem = reinterpret_cast<char*>(p);
int index = (mem - c_buffer) / sizeof(Test); // 得到要释放的动态对象在 c_map 中的位置;
int flag = (mem - c_buffer) % sizeof(Test); // 这些位置必须是固定的,如果 flag 不为 0,指针则不合法; if( (flag == ) && ( <= index) && (index < COUNT) )
{
c_map[index] = ; // 释放这个地址,即标记这个地址可用; cout << "succeed to free memory: " << p << endl;
}
}
}
}; char Test::c_buffer[sizeof(Test) * Test::COUNT] = {}; // 定义一块静态的内存空间,内存空间想要存储的是 Test 对象,最多存储 4 个 Test 对象;
char Test::c_map[Test::COUNT] = {}; // 标记数组,用于标记在那些位置已经创建了对象,作用是标记; int main(int argc, char *argv[])
{
cout << "===== Test Single Object =====" << endl; Test* pt = new Test; // 这里是在 c_buffer 里面的静态存储区当中的空间生成的; delete pt; cout << "===== Test Object Array =====" << endl; Test* pa[] = {}; for(int i=; i<; i++)
{
pa[i] = new Test; cout << "pa[" << i << "] = " << pa[i] << endl;
} for(int i=; i<; i++)
{
cout << "delete " << pa[i] << endl; delete pa[i];
} return ;
}
1,结论:
1,new/delete 关键字是可以重载的;
2,重载的意义是改变内存的分配方式,使得动态创建的对象不再位于堆空间里面;
3,这个实验位于自定义的静态存储区里面的 c_buffer 数组当中;
2,拓展:
1,工程中可以结合不同方法来应用 new/delete 特性;
2,将本实验的方法和二阶构造法结合在一起,我们就可以创建一个类,并且规定这个类最多产生多少个对象;
3,单例模式仅仅使得一个类只有一个对象存在,而这里的方法加上二阶构造就可以诞生 N 例模式;
4,问题:
1,如何在指定的地址上创建 C++ 对象?
1,我们已经掌握了在静态存储区里面创建对象,是否可以扩展下这个方法,在任意的地址上创建对象呢?
2,通过重载 new/delete 也许就可以在指定的地址上创建对象;
5,设计思路:
1,在类中重载 new/delete 操作符;
2,在 new 的操作符重载函数中返回指定的地址;
3,在 delete 操作符重载中标记对应的地址可用;
6,自定义动态对象的存储空间编程实验:
#include <iostream>
#include <string>
#include <cstdlib> using namespace std; class Test
{
static unsigned int c_count; // 动态实时做决定,所以这个地方就不能有常量;
static char* c_buffer;
static char* c_map; int m_value;
public:
/* 动态指定想在什么类型上指定申请对象 */
static bool SetMemorySource(char* memory, unsigned int size)
{
bool ret = false; // 返回值为 bool 类型,告诉函数调用者,当前动态空间设置是否成功; c_count = size / sizeof(Test); // 计算传进来的空间可以创建多少对象; ret = (c_count && (c_map = reinterpret_cast<char*>(calloc(c_count, sizeof(char))))); if( ret ) // 空间至少为 1,且标记指针合法;
{
c_buffer = memory; // 将指定空间设置到 c_buffer 上;
}
else // 一切清零;
{
free(c_map); c_map = NULL;
c_buffer = NULL;
c_count = ;
} return ret;
} void* operator new (unsigned int size)
{
void* ret = NULL; /* 有指定的一个具体空间,通过各种计算和验证,看下所指定的空间上面是否可以动态创建对象,标准是 c_count 大于 0,此时意味着通过 setMemorySource() 所指定的空间是可以创建 Test 对象的,则走 if 路径,否则的话,走 else 路径,通过 malloc() 函数得到一片空间; */
if( c_count > ) //
{
for(int i=; i<c_count; i++)
{
if( !c_map[i] )
{
c_map[i] = ; ret = c_buffer + i * sizeof(Test); cout << "succeed to allocate memory: " << ret << endl; break;
}
}
}
else
{
ret = malloc(size); // 没有指定具体的在那个空间上生成对象时,通过 malloc 来申请默认的堆空间;
} return ret;
} void operator delete (void* p)
{
if( p != NULL )
{
if( c_count > )
{
char* mem = reinterpret_cast<char*>(p);
int index = (mem - c_buffer) / sizeof(Test);
int flag = (mem - c_buffer) % sizeof(Test); if( (flag == ) && ( <= index) && (index < c_count) )
{
c_map[index] = ; cout << "succeed to free memory: " << p << endl;
}
}
else
{
free(p); // 和上面对应
}
}
}
}; unsigned int Test::c_count = ;
char* Test::c_buffer = NULL;
char* Test::c_map = NULL; int main(int argc, char *argv[])
{
char buffer[] = {}; // 定义一片栈上空间,用于存放对象; Test::SetMemorySource(buffer, sizeof(buffer)); cout << "===== Test Single Object =====" << endl; Test* pt = new Test; delete pt; cout << "===== Test Object Array =====" << endl; Test* pa[] = {}; for(int i=; i<; i++) // 只有 3 个对象的空间,则后两个对象指向为 NULL;
{
pa[i] = new Test; cout << "pa[" << i << "] = " << pa[i] << endl;
} for(int i=; i<; i++)
{
cout << "delete " << pa[i] << endl; delete pa[i];
} return ;
}
1,通过重载 new/delete,我们可以在任意指定的位置动态创建 C++ 对象;
7,new[]/delete[] 与 new/delete 完全不同:
1,动态对象数组创建通过 new[] 完成;
2,动态对象数组的销毁通过 delete[] 完成;
3,new[]/delete[] 能够被重载,进而改变内存管理方式;
1,这是两个新的操作符;
8,new[]/delete[] 的重载方式:
1,代码示例:
// static member function
void* operator new[] (unsigned int size)
{
rerurn malloc(size);
} // static member function
void operator delete[] (void* p)
{
free(p);
}
2,通过类的静态成员函数来重载,不写 static,这两个成员函数在类中也是 静态的;
9,注意事项:
1,nwe[] 实际需要返回的内存空间可能比期望的要多;
1,需要额外的空间来保存数组的信息;
2,如数组长度信息,因为编译器要自动的为我们调用构造函数和析构函数,不保存长度信息,编译器不知道要调用多少次构造函数和析构函数;
2,对象数组占用的内存中需要保存数组信息;
3,数组信息用于确定构造函数和析构函数的调用次数;
10,动态数组的内存管理编程实验:
#include <iostream>
#include <string>
#include <cstdlib> using namespace std; class Test
{
int m_value;
public:
Test()
{
m_value = ;
} ~Test()
{
} void* operator new (unsigned int size)
{
cout << "operator new: " << size << endl; return malloc(size);
} void operator delete (void* p)
{
cout << "operator delete: " << p << endl; free(p);
} void* operator new[] (unsigned int size)
{
cout << "operator new[]: " << size << endl; return malloc(size);
} void operator delete[] (void* p)
{
cout << "operator delete[]: " << p << endl; free(p);
}
}; int main(int argc, char *argv[])
{
Test* pt = NULL; pt = new Test; // operator new: 4; delete pt; // operator delete: 0x8e5d008; pt = new Test[]; // operator new[]: 24;这里多了四个字节,用于保存数组的大小信息,因为编译器自动为我们自调用构造函数和析构函数; delete[] pt; // operator delete[]: 0x8e5d018; return ;
}
1,new/delete 和 new[]/delete[] 是完全不同的;
2,通过重载的方式说明了它们的不同;
3,意味着在实际的工程里面,有可能在 new 中函数的内存分配方式和 delete[] 中函数内存分配方式是不一样的,因此必须成对使用,必须要匹配;
4,假设 new[] 动态创建数组是从栈上分配的空间,然后 delete 想要将空间归还到堆空间去,如果交叉使用,则意味着有可能把栈上的空间归还到堆空间上,程序会崩溃,所以要成对出现,不要交叉使用,因为它们 new/delete 和 new[]/delete[] 完全不同;
11,小结:
1,new/delete 的本质为操作符;
2,可以通过全局函数重载 new/delete(不推荐);
3,可以针对具体的类重载new/delete;
4,new[]/delete[] 与 new/delete 完全不同;
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