6. Операторы new, delete и аллокаторы. Умные указатели. std_unique_ptr

Проектирование больших систем наC++Коноводов В. А.кафедра математической кибернетики ВМКЛекция 613.10.2017Операторы new и deleteЗачем они нужны?#include <iostream>class C {public:int arr[100];C(int a) { /*...*/ }};int main() {C * c = new C(123);// ...delete c;};IСоздание и удаление динамических объектовПроблема: Временем жизни таких объектов приходитсяуправлять вручную.Проблемы new и delete1.

Можно забыть написать delete.2. Можно написать лишний delete.3. Утечки памяти при исключениях и т.п.4. delete / delete[].Как решать?IОставить delete умным указателям.IОставить new make-функциям.Но всё-таки про new/deleteОператор new состоит из двух частей:1. Выделение сырой (свободный кусок динамической)памяти. Может возникнуть исключение.2. Конструирование объекта в сырой памяти.Оператор new гарантирует, что если в конструкторе произошлоисключение, то выделенная динамическая памятьавтоматически очистится.Оператор delete делает все наоборот:1. Вызывается деструктор.2.

Освобождается память.Размещающий оператор newКак было раньше:int * p = (int*)(malloc(sizeof(int));// ...free(p);Два способа нельзя смешивать (malloc + delete, new + free)Способ с new предпочтительнее, и его реализацию можноперегружать:void *p = malloc(sizeof(C));C * c = new (p) C(123); // placement new;// ...c -> ~C();free(p);Размещающий оператор newКак-то надо бороться с исключениями:void * p = malloc(sizeof(C));if (!p) return 1;C * c;try {c = new (p) C(123);} catch (...) {free(p);throw;}try {// ...} catch (...) {c -> ~C();free(p);throw;}c -> ~C();free(p);operator new, operator delete//new C(x)void *p = operator new(sizeof(C));C * c;try {c = new(p) C(x);} catch (...) {operator delete(p);throw;}//delete pif (p!=NULL) {p->~C();operator delete(p);}Перегрузкаvoid * operator new (size_t sz) {std::cout << "operator new with " << sz << std::endl;void * p = malloc(sz);if (!p) throw std::bad_alloc();return p;}void operator delete(void * p) {std::cout << "operator delete" << std::endl;free(p);}ПерегрузкаМожно перегрузить так:void*operator new (size_t sz, double a, int x) {// ...return ::operator new(sz);}Но тогда нужно написать парный емуvoid operator delete(void * p, double a, int x) {// ...::operator delete(p);}Как тогда их вызвать?C* p = new(1.23, 123) C(111);delete p;ПерегрузкаОператор new/delete внутри класса обязан быть статическим.static можно не писать.class A {int param;public:A(int a): param(a) {cout << "A::A(" << a << ")" << std::endl;}virtual ~A() { cout << "A::~A()" << std::endl; }static void* operator new(size_t sz) {cout << "A::operator new" << std::endl;return ::operator new(sz);}static void operator delete(void* ptr) {cout << "A::operator delete" << std::endl;::operator delete(ptr);}};АллокаторыКласс, который выделяет память каким-то специальным образом.map<int, string> m;// map<int, string, less<int>, allocator<pair<int, string>> > m;Обязательно определяются:Ivalue_type — тип, для которого работает аллокаторIallocate — выделение памяти под n объектов, но неконструированиеIdeallocate — особождение памятиНеобязательно:Iconstruct — инициализация заданной памяти заданнымзначениемIdestroy — уничтожение памяти без освобожденияАллокаторыtemplate <class T>struct TMyAllocator {using value_type = T;TMyAllocator() = default;template <class U>constexpr TMyAllocator(const TMyAllocator<U>&) noexcept {}T* allocate(size_t n) {std::cout << "allocate n = " << n << std::endl;if (n > size_t(-1) / sizeof(T))throw std::bad_alloc();auto p = static_cast<T*>(malloc(n * sizeof(T)));if (!p)throw std::bad_alloc();return p;}void deallocate(T* p, std::size_t) noexcept {free(p);}};Аллокаторыint main() {std::vector<int, TMyAllocator<int>> vec;for (int i = 0; i < 6; ++i)vec.push_back(0);}allocateallocateallocateallocatennnn====1248Решение о том, сколько памяти запросить и в какой момент,целиком принимается контейнером, вне зависимости оталлокатора, который используется для поставки этой памяти.Стандартный аллокатор хорошо подходит для вектора, ночасто не самое лучшее решение для списка.Smart pointersЧем плохи обычные встроенные указатели?IУказывают на массив или на объект?IВладеет ли указатель тем, на что указывает?IТрудно обеспечить уничтожение ровно один раз.IОбычно сложно определить, является ли указательвисячим.IНельзя предоставить информацию компилятору о том,могут ли два указателя указывать на одну область памяти.«Умный» («интеллектуальный») указатель притворяетсяобычным указателем с дополнительными функциями.Обертка над обычными указателями.Smart pointersХочется что-то вроде такогоSmartPointer sp(new C);и дальше пользоваться как обычным указателем, незадумываясь об удалении.А что делать тут?SmartPointer sp2 = sp;Всегда можно обмануть умный указатель:C * ptr = new C;SmartPointer sp(ptr);SmartPointer sp2(ptr);Smart pointers: стратегииIЗапрет копирования и присваивания.IГлубокое копирование.IПодсчет ссылок в специальных счетчиках.IСписок ссылок.IПередача владения.Стратегия передачи владенияЕсли кто-то пытается скопировать указатель, то ему ипередается владение, и исходный умный указатель неуказывает больше на объект.

Такой указатель не нужно кластьв контейнер .std::auto_ptr<int> p (new int(123));std::vector<std::auto_ptr<int> > v;v.push_back(p);Умные указатели в C++ 11 / 14std::auto_ptr<> // deprecatedstd::unique_ptr<>std::shared_ptr<>std::weak_ptr<>std::unique_ptrIРеализует семантику исключительного владенияIПеремещение передает владение от исходного указателяцелевому, целевой при этом обнуляется.IКопирование не разрешается.IПри деструкции освобождает ресурс, которым владеет.Обычное использование – возвращаемый тип фабричныхфункций для объектов иерархии:template <typename T>std::unique_ptr<Base> makeObject(T&& params);Некоторые методы std::unique_ptrIreset — заменяет объект;Irelease — освобождает владение;Iget — возвращает указатель на объект, которым владеет;Запрещены неявные преобразования обычного указателя вумный:std::unique_ptr<Base> p;p = new A();std::unique_ptrДве разновидности для индивидуальных объектов и длямассивов:std::unique_ptr<T> // *, ->std::unique_ptr<T[]> // []std::unique_ptr можно присваивать в std::shared_ptr(можно не задумываться над тем, как будет использованвозвращаемый указатель).Как избавиться от new?Написать обертку!template <typename T, typename...

Ts>std::unique_ptr<T> make_unique(Ts&&... params) {return std::unique_ptr<T>(new T(std::forward<Ts>(params)...))}Чего не хватает? Массивов, пользовательских удалителей.Функция уже есть — std::make_unique в C++14.std::unique_ptr<Base> p(new Base); // дважды пишем Baseauto p1(std::make_unique<Base>()); // make.