Бьерн Страуструп (Стpаустpуп - Книга о C++), страница 82

Трудно правильно запрограммировать такие операции и они не так полезны,

как кажется.

Задачу уничтожения объектов, если время этой операции точно не задано,

можно решить с помощью программы обслуживания заявок на уничтожение. Назовем

ее сервером заявок. Если объект необходимо уничтожить в конце программы,

то надо записать в глобальный ассоциативный массив его адрес и

указатель на функцию "очистки". Если объект удален явной операцией,

заявка аннулируется. При уничтожении самого сервера (в конце

программы) вызываются функции очистки для всех оставшихся заявок.

Это решение подходит и для сборки мусора, поскольку мы рассматриваем

ее как моделирование бесконечной памяти. Для сборщика мусора нужно

выбрать одно из двух решений: либо удалять объект, когда единственной

оставшейся ссылкой на него будет ссылка, находящаяся в массиве самого

сервера, либо (стандартное решение) не удалять объект до конца

программы, поскольку все-таки ссылка на него есть.

Сервер заявок можно реализовать как ассоциативный массив ($$8.8):

class Register {

Map<void*, void (*) (void*)> m;

public:

insert(void* po, void(*pf)()) { m[po]=pf; }

remove(void* po) { m.remove(po); }

};

Register cleanup_register;

Класс, постоянно обращающийся к серверу, может выглядеть так:

class X {

// ...

static void cleanup(void*);

public:

X()

{

cleanup_register.insert(this,&cleanup);

// ...

}

~X() { cleanup(this); }

// ...

};

void X::cleanup(void* pv)

{

X* px = (X*)pv;

cleanup_register.remove(pv);

// очистка

}

Чтобы в классе Register не иметь дела с типами, мы использовали

статическую функцию-член с указателем типа void*.

13.10.2 Контейнеры и удаление

Допустим, что у нас нет бесконечной памяти и сборщика мусора. На какие

средства управления памятью может рассчитывать создатель

контейнера, например, класса Vector? Для случая таких простых элементов,

как int, очевидно, надо просто копировать их в контейнер. Столь же

очевидно, что для других типов, таких, как абстрактный класс Shape,

в контейнере следует хранить указатель. Создатель библиотеки

должен предусмотреть оба варианта. Приведем набросок очевидного

решения:

template<class T> Vector {

T* p;

int sz;

public:

Vector(int s) { p = new T[sz=s]; }

// ...

};

Если пользователь не будет заносить в контейнер вместо указателей на

объекты сами объекты типа Shape, то это решение подходит для обоих

вариантов.

Vector<Shape*> vsp(200); // нормально

Vector<Shape> vs(200); // ошибка при трансляции

К счастью, транслятор отслеживает попытку создать массив объектов

абстрактного базового класса Shape.

Однако, если используются указатели, создатель библиотеки и

пользователь должны договориться, кто будет удалять хранимые

в контейнере объекты. Рассмотрим пример:

void f()

// противоречивое использование средств

// управления памятью

{

Vector<Shape*> v(10);

Circle* cp = new Circle;

v[0] = cp;

v[1] = new Triangle;

Square s;

v[2] = &s;

delete cp; // не удаляет объекты, на которые настроены

// указатели, находящиеся в контейнере

}

Если использовать реализацию класса Vector из $$1.4.3, объект

Triangle в этом примере навсегда останется в подвешенном состоянии

(на него нет указателей), если только нет сборщика мусора.

Главное в управлении памятью это - это корректность. Рассмотрим такой

пример:

void g()

// корректное использование средств управления памятью

{

Vector<Shape*> v(10);

Circle* cp = new Circle;

v[0] = cp;

v[1] = new Triangle;

Square s;

v[2] = &s;

delete cp;

delete v[1];

}

Рассмотрим теперь такой векторный класс,который следит за удалением

занесенных в него указателей:

template<class T> MVector {

T* p;

int sz;

public:

MVector(int s);

~MVector();

// ...

};

template<class T> MVector<T>::MVector(int s)

{

// проверка s

p = new T[sz=s];

for (int i = 0; i<s; i++) p[i] = 0;

}

template<class T> MVector<T>::~MVector()

{

for (int i = 0; i<s; i++) delete p[i];

delete p;

}

Пользователь может рассчитывать, что содержащиеся в MVector указатели

будут удалены. Отсюда следует, что после удаления MVector пользователь

не должен обращаться с помощью указателей к объектам, заносившимся в этот

контейнер. В момент уничтожения MVector в нем не должно быть

указателей на статические или автоматические объекты, например:

void h()

// корректное использование средств управления памятью

{

MVector<Shape*> v(10);

Circle* cp = new circle();

v[0] = cp;

v[1] = new Triangle;

Square s;

v[2] = &s;

v[2] = 0; // предотвращает удаление s

// все оставшиеся указатели

// автоматически удаляются при выходе

}

Естественно, такое решение годится только для контейнеров, в

которых не содержатся копии объектов, а для класса Map ($$8.8),

например, оно не годится. Здесь приведен простой вариант деструктора

для MVector, но содержится ошибка, поскольку один и тот же указатель,

дважды занесенный в контейнер, будет удаляться тоже два раза.

Построение и уничтожение таких контейнеров, которые следят

за удалением содержащихся в них объектах, довольно дорогостоящая

операция. Копирование же этих контейнеров следует запретить

или, по крайней мере, сильно ограничить (действительно, кто

будет отвечать за удаление контейнер или его копия?):

template<class T> MVector {

// ...

private:

MVector(const MVector&); //предотвращает копирование

MVector& operator=(const MVector&); //то же самое

// ...

};

Отсюда следует, что такие контейнеры надо передавать по ссылке

или указателю (если, вообще, это следует делать), но тогда в управлении

памятью возникает трудность другого рода.

Часто бывает полезно уменьшить число указателей, за которыми

должен следить пользователь. Действительно, намного проще следить

за 100 объектами первого уровня, которые, в свою очередь, управляют

1000 объектов нулевого уровня, чем непосредственно работать с

1100 объектами. Собственно, приведенные в этом разделе приемы,

как и другие приемы, используемые для управления памятью, сводятся

к стандартизации и универсализации за счет применения конструкторов

и деструкторов. Это позволяет свести задачу

управления памятью для практически невообразимого числа объектов,

скажем 100 000, до вполне управляемого числа, скажем 100.

Можно ли таким образом определить класс контейнера, чтобы

программист, создающий объект типа контейнера, мог выбрать

стратегию управления памятью из нескольких возможных, хотя определен

контейнер только одного типа? Если это возможно, то будет ли оправдано?

На второй вопрос ответ положительный, поскольку большинство функций

в системе вообще не должны заботиться о распределении памяти.

Существование же нескольких разных типов для каждого контейнерного

класса является для пользователя ненужным усложнением. В библиотеке должен

быть или один вид контейнеров (Vector или MVector), или же оба, но

представленные как варианты одного типа, например:

template<class T> PVector {

T** p;

int sz;

int managed;

public:

PVector(int s, int managed = 0 );

~PVector();

// ...

};

template<class T> PVector<T>::PVector(int s, int m)

{

// проверка s

p = new T*[sz=s];

if (managed = m)

for (int i = 0; i<s; i++) p[i] = 0;

}

template<class T> PVector<T>::~PVector()

{

if (managed) {

for (int i = 0; i<s; i++) delete p[i];

}

delete p;

}

Примером класса, который может предложить библиотека для облегчения

управления памятью, является управляющий класс из $$13.9. Раз в

управляющем классе ведется подсчет ссылок на него, можно спокойно

передавать объект этого класса, не думая о том, кто будет

удалять доступные через него объекты. Это сделает сам объект управляющего

класса. Но такой подход требует, чтобы в управляемых объектах было поле

для подсчета числа использований. Введя дополнительный объект, можно

просто снять это жесткое требование:

template<class T>

class Handle {

T* rep;

int* pcount;

public:

T* operator->() { return rep; }

Handle(const T* pp)

: rep(pp), pcount(new int) { (*pcount) = 0; }

Handle(const Handle& r)

: rep(r.rep), pcount(r.count) { (*pcount)++; }

void bind(const Handle& r)

{

if (rep == r.rep) return;

if (--(*pcount) == 0) { delete rep; delete pcount; }

rep = r.rep;

pcount = r.pcount;

(*pcount)++;

}

Handle& operator=(const Handle& r)

{

bind(r);

return *this;

}

~Handle()

{

if (--(*pcount) == 0) { delete rep; delete pcount; }

}

};

13.10.3 Функции размещения и освобождения

Во всех приведенных примерах память рассматривалась как нечто данное.

Однако, обычная функция общего назначения для распределения свободной

памяти оказывается до удивления менее эффективной, чем функция размещения

специального назначения. Вырожденным случаем таких функций можно

считать приведенный пример с размещением в "бесконечной" памяти и

с пустой функцией освобождения. В библиотеке могут быть более

содержательные функции размещения, и бывает, что с их помощью

удается удвоить скорость выполнения программы. Но прежде, чем пытаться

с их помощью оптимизировать программу, запустите для нее профилировщик,

чтобы выявить накладные расходы, связанные с выделением памяти.

В разделах $$5.5.6 и $$6.7 было показано как с помощью определения

функций X::operator new() и X::operator delete() можно использовать

функцию размещения для объектов класса X. Здесь есть определенная

трудность. Для двух классов X и Y функции размещения могут быть

настолько сходными, что желательно иметь одну такую функцию.

Иными словами, желательно иметь в библиотеке такой класс, который

предоставляет функции размещения и освобождения, пригодные для размещения

объектов данного класса. Если такой класс есть, то функции размещения

и освобождения для данного класса получаются за счет привязки к нему

общих функций размещения и освобождения:

class X {

static Pool my_pool;

// ...

public:

// ...

void* operator new(size_t) { return my_pool.alloc(); }

void operator delete(void* p) { my_pool.free(p); }

};

Pool X::my_pool(sizeof(X));

С помощью класса Pool память распределяется блоками одного размера.

В приведенном примере объект my_pool отводит память блоками

размером sizeof(X).

Составляется описание класса X и используется Pool с учетом оптимизации

скорости программы и компактности представления. Обратите внимание,

что размер выделяемых блоков памяти является для класса "встроенным",

поэтому задающий размер параметр функции X::operator new() не

используется. Используется вариант функции X::operator delete()

без параметра. Если класс Y является производным класса X, и

sizeof(Y)>sizeof(X), то для класса Y должны быть свои функции

размещения и освобождения. Наследование функций класса X приведет

к катастрофе. К счастью, задать такие функции для Y очень просто.

Класс Pool предоставляет связанный список элементов требуемого

размера. Элементы выделяются из блока памяти фиксированного размера

и по мере надобности запрашиваются новые блоки памяти. Элементы

группируются большими блоками, чтобы минимизировать число обращений

за памятью к функции размещения общего назначения. До тех пор пока

не будет уничтожен сам объект PooL, память никогда не возвращается

функции размещения общего назначения.

Приведем описание класса Pool:

class Pool {

struct Link { Link* next; }

const unsigned esize;

Link* head;

Pool(Pool&); // защита от копирования

void operator= (Pool&); // защита от копирования

void grow();