Бьерн Страуструп. Язык программирования С++

6.7 Свободная память

Если определить функции operator new() и operator delete(),

управление памятью для класса можно взять в свои руки. Это также можно,

(а часто и более полезно), сделать для класса, служащего базовым

для многих производных классов. Допустим, нам потребовались свои

функции размещения и освобождения памяти для класса employee ($$6.2.5)

и всех его производных классов:
class employee {

// ...

void* operator new(size_t);

void operator delete(void*, size_t);

};
void* employee::operator new(size_t s)

{

// отвести память в `s' байтов

}
void employee::operator delete(void* p, size_t s)

{

// `p' должно указывать на память в `s' байтов,

// освободить эту память для повторного использования

}
Назначение до сей поры загадочного параметра типа size_t становится

очевидным. Это - размер освобождаемого объекта. При удалении простого

служащего этот параметр получает значение sizeof(employee), а при

удалении управляющего - sizeof(manager). Поэтому собственные

функции классы для размещения могут не хранить размер каждого

размещаемого объекта. Конечно, они могут хранить эти размеры (подобно

функциям размещения общего назначения) и игнорировать параметр

size_t в вызове operator delete(), но тогда вряд ли они будут лучше,

чем функции размещения и освобождения общего назначения.

Как транслятор определяет нужный размер, который надо передать

функции operator delete()? Пока тип, указанный в operator delete(),

соответствует истинному типу объекта, все просто; но рассмотрим

такой пример:
class manager : public employee {

int level;

// ...

};
void f()

employee* p = new manager; // проблема

delete p;

}
В этом случае транслятор не сможет правильно определить размер. Как

и в случае удаления массива, нужна помощь программиста. Он должен

определить виртуальный деструктор в базовом классе employee:

// ...

// ...

void operator delete(void*, size_t);

virtual ~employee();

};
Даже пустой деструктор решит нашу проблему:

размер известен), а любой производный от employee класс также будет

вынужден определять свой деструктор (тем самым будет установлен

нужный размер), если только пользователь сам не определит его.

Теперь следующий пример пройдет правильно:
void f()

{

employee* p = new manager; // теперь без проблем

}
Размещение происходит с помощью (созданного транслятором) вызова

освобождения для производных классов, надо либо определить

виртуальный деструктор в базовом классе, либо не использовать

в функции освобождения параметр size_t. Конечно, можно было

при проектировании языка предусмотреть средства, освобождающие

пользователя от этой проблемы. Но тогда пользователь "освободился" бы

и от определенных преимуществ более оптимальной, хотя и менее надежной

системы.

деструктор для всех классов, которые действительно используются как

базовые, т.е. с объектами производных классов работают и, возможно,

удаляют их, через указатель на базовый класс:

// ...

// ...

// определяем виртуальный деструктор

virtual ~X();

};

6.7.1 Виртуальные конструкторы

Узнав о виртуальных деструкторах, естественно спросить: "Могут ли

конструкторы то же быть виртуальными?" Если ответить коротко - нет.

Можно дать более длинный ответ: "Нет, но можно легко получить

требуемый эффект".

Конструктор не может быть виртуальным, поскольку для правильного

построения объекта он должен знать его истинный тип. Более того,

конструктор - не совсем обычная функция. Он может взаимодействовать

с функциями управления памятью, что невозможно для обычных

функций. От обычных функций-членов он отличается еще тем, что

не вызывается для существующих объектов. Следовательно нельзя получить

указатель на конструктор.

Но эти ограничения можно обойти, если определить функцию,

содержащую вызов конструктора и возвращающую построенный объект.

Это удачно, поскольку нередко бывает нужно создать новый объект,

не зная его истинного типа. Например, при трансляции иногда

возникает необходимость сделать копию дерева, представляющего

разбираемое выражение. В дереве могут быть узлы выражений разных

видов. Допустим, что узлы, которые содержат повторяющиеся в выражении

операции, нужно копировать только один раз. Тогда нам потребуется

виртуальная функция размножения для узла выражения.

Как правило "виртуальные конструкторы" являются стандартными

конструкторами без параметров или конструкторами копирования,

параметром которых служит тип результата:

// ...

expr(); // стандартный конструктор

virtual expr* new_expr() { return new expr(); }

};
Виртуальная функция new_expr() просто возвращает стандартно

инициализированный объект типа expr, размещенный в свободной памяти.

В производном классе можно переопределить функцию new_expr() так,

чтобы она возвращала объект этого класса:
class conditional : public expr {

// ...

conditional(); // стандартный конструктор

expr* new_expr() { return new conditional(); }

};
Это означает, что, имея объект класса expr, пользователь может

создать объект в "точности такого же типа":
void user(expr* p1, expr* p2)

{

expr* p3 = p1->new_expr();

// ...

типа.

копирования, называемый операцией размножения, но надо подойти

более тщательно к специфике операции копирования:
class expr {

// ...

expr* right;

public:

// ...

inline void copy(expr* s);

// создать копию объекта, на который смотрит this

virtual expr* clone(int deep = 0);

};
Параметр deep показывает различие между копированием собственно

объекта (поверхностное копирование) и копированием всего поддерева,

корнем которого служит объект (глубокое копирование). Стандартное

значение 0 означает поверхностное копирование.

Функцию clone() можно использовать, например, так:
void fct(expr* root)

{

expr* c1 = root->clone(1); // глубокое копирование

// ...

любого производного от expr класса.

Настоящее копирование можно определить так:
void expr::copy(expression* s, int deep)

{

if (deep == 0) { // копируем только члены

}

else { // пройдемся по указателям:

right = s->clone(1);

// ...

}

}

expr (но не для производных от expr классов), поэтому можно просто

разместить в ней и возвратить из нее объект типа expr, являющийся

собственной копией:

{

expr* r = new expr(); // строим стандартное выражение

return r;

}
Такую функцию clone() можно использовать для производных от expr

классов, если в них не появляются члены-данные (а это как раз

типичный случай):
class arithmetic : public expr {

// ...

// можно использовать уже определенную функцию clone

};
С другой стороны, если добавлены члены-данные, то нужно определять

собственную функцию clone():

expr* cond;

public:

inline void copy(cond* s, int deep = 0);

// ...

expression:

{

conditional* r = new conditional();

return r;

}
void conditional::copy(expr* s, int deep)

{

if (deep == 0) {

}

else {

cond = s->cond->clone(1);

}

}
Определение последней функции показывает отличие настоящего

(т.е. создания нового объекта и копирования в него). Простое

копирование оказывается полезным для определения более сложных

операций копирования и размножения. Различие между copy() и clone()

эквивалентно различию между операцией присваивания и конструктором

копирования ($$1.4.2) и эквивалентно различию между функциями

_draw() и draw() ($$6.5.3). Отметим, что функция copy() не является

виртуальной. Ей и не надо быть таковой, поскольку виртуальна

вызывающая ее функция clone(). Очевидно, что простые операции

копирования можно также определять как функции-подстановки.