禁止堆对象

例如,如果你想不想让用户在堆中建立UPNumber

对象,你可以这样编写: 


class UPNumber { 
private: 
  static void *operator new(size_t size); 
  static void operator delete(void *ptr); 
  ... 

}; 


现在用户仅仅可以做允许它们做的事情: 
UPNumber n1;                         // okay 
static UPNumber n2;                  // also okay 
UPNumber *p = new UPNumber;          // error! attempt to call 

                                     // private operator new 


有趣的是,把operator new声明为private经常会阻碍UPNumber对象做为一个位于堆
中的派生类对象的基类被实例化。因为operator new和operator delete是自动继承的,如果operator new和operator delete没有在派生类中被声明为public(进行改写,overwrite) ,它们就会继承基类中private的版本,如下所示: 


class UPNumber { ... };             // 同上 
class NonNegativeUPNumber:          //假设这个类 
  public UPNumber {                 //没有声明operator new 
  ... 
}; 


NonNegativeUPNumber n1;             // 正确 
static NonNegativeUPNumber n2;      // 也正确 
NonNegativeUPNumber *p =            // 错误! 试图调用 
  new NonNegativeUPNumber;          // private operator new 

如果派生类声明它自己的operator new, 当在堆中分配派生对象时, 就会调用这个函数,于是得另找一种不同的方法来防止UPNumber基类的分配问题。UPNumber的operator new是private这一点,不会对包含UPNumber成员对象的对象的分配产生任何影响: 
class Asset { 
public: 
  Asset(int initValue); 
  ... 
private: 
  UPNumber value; 
}; 


Asset *pa = new Asset(100);          // 正确, 调用 
                                     // Asset::operator new 或 
                                     // ::operator new, 不是 
                                     // UPNumber::operator new 

<think>我们被要求讨论“要求或禁止上产生对象”的方法和原理。在面向对象编程中,对象可以在(heap)上或栈(stack)上分配。通常,栈上分配的对象生命周期与作用域绑定,而上分配的对象需要手动管理(如C++)或由垃圾回收器管理(如Java)。有时,出于性能、安全或设计考虑,我们可能希望强制或禁止上创建对象。 参考引用: 引用[1]中提到构造器,但没有直接相关的内容。 引用[2]提到volatile关键字和指令重排序,与对象创建无关。 引用[3]是关于CPU部件的,不相关。 引用[4]是关于逻辑运算符,不相关。 引用[5]是关于monitor(锁)的,不直接相关。 因此,我们主要依靠自己的知识来回答。 我们将从以下几个方面讨论: 1. 什么是和栈? 2. 为什么需要禁止上创建对象? 3. 如何禁止上创建对象?(以C++为例,因为Java中所有对象都在上) 4. 如何要求在上创建对象?(以C++和Java为例) 5. 总结 注意:由于问题没有指定语言,我们以C++和Java为例,因为这两种语言在内存管理上差异明显。 一、和栈的区别 - 栈:由编译器自动管理,对象生命周期与作用域相关。当离开作用域时,栈上对象自动释放。分配速度快,但空间有限。 - :由程序员手动管理(C++)或垃圾回收器管理(Java)。对象生命周期可以超越作用域,直到显式释放(C++)或垃圾回收(Java)。分配速度相对慢,空间较大。 二、禁止上创建对象的理由 1. 性能:栈上分配更快,且没有释放开销。 2. 避免内存泄漏:对象需要手动释放,如果忘记释放会导致内存泄漏(C++)。 3. 实时性:栈上分配时间确定,而上分配时间不确定(可能触发垃圾回收,导致停顿)。 4. 安全性:栈上对象不会产生悬挂指针,而对象如果释放后仍被引用,会导致未定义行为。 三、如何禁止上创建对象(以C++为例) 在C++中,如果我们想禁止上创建对象,只需要禁止使用`new`操作符。可以通过将`operator new`设为私有或删除来实现。 示例: ```cpp class HeapProhibited { private: // 将operator new声明为私有,并且不提供实现(或使用C++11的delete) static void* operator new(size_t size) = delete; static void* operator new[](size_t size) = delete; }; ``` 这样,任何尝试在上创建`HeapProhibited`对象的代码都会编译错误: ```cpp HeapProhibited obj; // 正确,在栈上 HeapProhibited* p = new HeapProhibited(); // 错误,因为operator new被删除 ``` 四、如何要求在上创建对象(即禁止在栈上创建对象) 1. C++中:将析构函数设为私有(或受保护),并在类内部提供销毁对象的公有方法(如`release`)。因为栈上对象在离开作用域时会自动调用析构函数,如果析构函数不可访问,则栈上对象无法编译。 示例: ```cpp class StackProhibited { public: StackProhibited() {} void release() { delete this; } // 通过成员函数释放对象 private: ~StackProhibited() {} // 析构函数私有 }; // 使用 StackProhibited* p = new StackProhibited(); // 正确 p->release(); // 释放对象 // StackProhibited obj; // 错误:析构函数不可访问 ``` 2. Java中:所有对象都在上,栈上只能存储基本类型和对象引用。但是,我们可以通过将构造函数设为私有,然后提供静态工厂方法来创建对象,这样就不能在类外部使用`new`创建对象(从而不能直接创建栈上对象?注意:Java中所有对象都在上,所以这里讨论的“禁止在栈上创建对象”没有意义,因为栈上只能放引用。实际上,我们通常讨论的是如何控制对象的创建方式,比如强制使用工厂方法)。 五、总结 禁止或要求在上创建对象通常是为了控制对象的生命周期和分配方式,以满足性能、安全或设计约束。在C++中,我们可以通过控制`operator new`和析构函数的访问权限来实现;在Java中,由于对象都在上,我们主要关注如何控制对象的创建(如使用工厂方法)。 注意:在C++11之后,还可以使用`= delete`来禁用函数,这样更方便。 下面生成相关问题: </think>### 要求或禁止上产生对象的方法与原理 在系统编程中,控制对象的内存分配位置(或栈)对性能、安全性和资源管理至关重要。以下是实现要求或禁止上分配对象的核心方法和原理,结合内存管理机制和语言特性: --- #### 一、禁止上分配对象 **适用场景**:需要保证对象生命周期严格绑定作用域、避免内存泄漏或满足实时性要求(如嵌入式系统)。 ##### 1. **C++实现方法** - **原理**:重载并禁用 `operator new` - 栈对象由编译器自动管理,对象需显式调用 `new` - 删除 `operator new` 可阻断分配 - **代码示例**: ```cpp class HeapProhibited { private: // 禁用分配(C++11以上) static void* operator new(size_t) = delete; static void* operator new[](size_t) = delete; // 禁用释放 static void operator delete(void*) = delete; static void operator delete[](void*) = delete; public: HeapProhibited() {} // 构造器仅允许栈分配[^1] }; // 使用示例 HeapProhibited obj; // 合法:栈分配 // HeapProhibited* p = new HeapProhibited(); // 编译错误:operator new被删除 ``` ##### 2. **原理分析** - **内存布局**:栈对象由编译器在函数栈帧预留空间,地址连续且自动回收(通过 `pop` 指令)。 - **性能优势**:避免分配的系统调用开销(如 `brk`/`mmap`)和碎片化问题。 - **安全性**:消除 `delete` 遗漏导致的内存泄漏风险。 --- #### 二、要求在上分配对象 **适用场景**:需要长生命周期对象、动态大小结构或跨作用域共享数据。 ##### 1. **C++实现方法** - **原理**:私有化析构函数 + 工厂模式 - 析构函数私有化使栈对象无法自动销毁 - 工厂方法强制通过 `new` 创建 - **代码示例**: ```cpp class HeapOnly { private: ~HeapOnly() {} // 私有析构函数阻止栈分配 public: static HeapOnly* create() { return new HeapOnly(); // 强制分配 } void destroy() { delete this; } // 显式释放 private: HeapOnly() {} // 私有构造器[^1] }; // 使用示例 HeapOnly* obj = HeapOnly::create(); // 合法:分配 obj->destroy(); // HeapOnly stackObj; // 编译错误:析构函数不可访问 ``` ##### 2. **Java实现方法** - **原理**:Java 中所有对象默认在分配 - 栈分配仅限基本类型和逃逸分析优化的局部对象 - 通过 `new` 关键字显式触发分配: ```java // 所有对象均在分配 Object heapObj = new Object(); ``` ##### 3. **原理分析** - **内存特性**: - 通过 **地址加法器** 计算逻辑地址(如 `段地址寄存器 << 4 + 偏移量`)[^3] - 动态扩展能力(对比栈的大小限制) - **多线程安全**:volatile 修饰指针可避免指令重排序(如 `public static volatile T t;`)[^2] - **垃圾回收**:由 GC 自动管理,避免显式释放(对比 C++)。 --- #### 三、关键机制对比 | **特性** | **栈分配** | **分配** | |------------------|-------------------------------|--------------------------------| | **生命周期** | 作用域绑定(自动回收) | 显式控制(需手动/GC回收) | | **速度** | 极快(编译时预留空间) | 较慢(系统调用+可能触发GC) | | **线程安全** | 线程独占(无竞争) | 需同步机制(如 monitor[^5]) | | **内存大小** | 固定且有限(可能溢出) | 动态扩展(仅受系统限制) | | **适用场景** | 短生命周期、小对象、实时系统 | 大对象、共享数据、跨作用域 | --- #### 四、设计注意事项 1. **C++析构函数安全**: - 虚析构函数对多态对象必要(避免资源泄漏)[^3] - 构造函数中禁止调用虚函数(未完成初始化)[^3] 2. **Java逃逸分析**: - JVM 可能优化局部对象为栈分配(需关闭 `-XX:-DoEscapeAnalysis` 强制分配) 3. **内存屏障**: - 分配需考虑可见性(如 volatile 禁止指令重排序[^2]) 4. **资源管理**: - 对象需配套 RAII(C++)或 try-with-resources(Java) --- ### 总结 - **禁止分配**:通过禁用 `operator new`(C++)实现,保证对象作用域可控性。 - **要求分配**:通过私有化析构函数(C++)或依赖语言特性(Java)实现,支持动态生命周期。 - **核心权衡**:在性能(栈)与灵活性()间取舍,结合线程安全(如monitor[^5])、内存模型(如段寄存器[^3])和系统约束设计。
评论
成就一亿技术人!
拼手气红包6.0元
还能输入1000个字符
 
红包 添加红包
表情包 插入表情
 条评论被折叠 查看
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值