2010/10/28

本文详细介绍了C++中new和delete运算符的工作原理,包括内存分配、对象构造和析构等过程。同时深入探讨了定位new表达式及allocator类的使用方法,并通过具体示例展示了如何利用allocator管理内存。

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2010/10/28

关键字:newdeleteallocator

string *sp = new string(“123456”);  //new表达式

实际有3个步骤:

1.     调用operator new标准库函数,分配足够大的原始的未类型化的内存,以保存指定类型的一个对象

2.      运行该类型的适当的构造函数,用指定初始化式构造对象

3.      返回新分配并构造的对象的地址

delete sp;     //delete表达式

实际有2个步骤:

1.      sp所指向的对象运行适当的析构函数

2.     通过调用operator delete的标准库函数释放该对象所用的内存

operator newoperator delete函数有两个重载版本,每个版本支持相关的newdelete表达式:

void *operator new(size_t);     //allocate an object

void *operator new[](size_t);   //allocate an array

void *operator delete(void*);   //free an object

void *operator delete[](void*); //free an array

 

除了new intnew int[]还有第三种new表达式,定位new(placement new).

new(place_address) type

new(place_address) type (initializer-list)

其中place_address必须是一个指针,而initializer-list提供了(可能为空)初始化列表以便在构造新分配的对象时使用。

例如:

allocator<string> alloc;

string *sp = alloc.allocate(3);         //分配3string的空间

new (sp) string;                        //直接在sp内存中构造空的string对象

new (sp+1) string("123");               //直接在sp+1内存中构造有初始化值的string对象

alloc.construct(sp+2, string("123"));   //构造string对象并拷贝到sp+2位置

如果类定义了自己的成员newdelete,还是可以通过全局作用域操作符调用newdelete表达式:

Type *p = ::new Type;

::delete p;

 

除了operator newoperator delete,还可以使用allocator类分配和释放未构造的原始内存以及构造和析构对象.

allocator类是一个模板,提供了类型化的内存分配以及对象构造和撤销.newdelete表达式和标准库函数都是使用void*类型的.

标准allocator类与定制算法

allocator<T> a;

定义名为aallocator对象

a.allocate(n);

分配原始内存以保存T类型的n个对象

a.deallocate(p, n);

释放地址p处的nT类型对象的内存,事先析构这些对象是用户的责任

a.construct(p, t);

T*指针p所在的内存中构造一个新对象,并调用T类型的拷贝构造函数,t初始化新对象

a.destroy(p);

调用T*指针p所指对象的析构函数

uninitialized_copy(begin, end, begin2);

从迭代器begin,end指定的输入范围将元素复制到从迭代器begin2开始的未构造的原始内存中.该函数在目的内存构造元素,而不是给它们赋值.用户需要确保begin2指出的目的内存足以保存输入范围中的元素的副本

uninitialized_fill(begin, end, t);

beginend指定的范围内原始内存初始化为t的副本,使用拷贝构造函数

uninitialized_fill_n(begin, end, t, n);

beginend指定的范围内至多nT类型对象大小的原始内存初始化为t的副本,范围至少nT类型对象大小的原始内存,使用拷贝构造函数,同样是用户确保n的合法性

对未构造的内存中的对象进行赋值而不是初始化,其行为是未定义的。赋值涉及先删除现存对象,如果没有现存对象赋值操作中的动作会造成灾难性的后果。

allocator类将内存分配和对象构造分开,并且allocate函数分配的内存是连续的.allocate类只是定义了一系列操作内存的接口,本身并不保存内存地址.

可以结合allocator类理解vertor类中的内存是如何分配的。

为了获得可接受的性能,vector预先分配比所需元素更多的空间.每个将元素增加到vector中的成员函数都会检查是否有可用空间容纳当前元素.如果有,该函数在预分配内存中的下一个可用位置初始化一个对象;否则就重新分配vector:vecor获得新空间后,将现存元素复制到新空间,增加新元素并释放旧空间.

#include <memory>

 

template<class T> class MyVector

{

public:

    MyVector():Begin(0),FreeBegin(0),End(0){}

    void push_back(const T&);

    //...

private:

    static std::allocator<T> Alloc;

    void Reallocate();

    T *Begin;

    T *FreeBegin;

    T *End;

    //...

};

需要解释下三个迭代器的作用:

Begin是内存首地址,FreeBegin是未构造内存的首地址,End是内存末尾.当容器中没有元素时,BeginFreeBegin指向一处,都指向内存首地址.

容器的size(实际使用的元素的数目)为FreeBegin-Begin.

容器的capacity(在需要重新分配之前,可容纳的元素总量)为End-Begin.

自由空间(在需要重新分配之前,可以增加的元素数目)为End-FreeBegin.

下面是成员函数实现:

template<class T>

void MyVector<T>::push_back(const T& t)

{

    if (FreeBegin == End)

        Reallocate();

    Alloc.construct(FreeBegin, t);

    ++FreeBegin;

}

 

template<class T>

void MyVector<T>::Reallocate()

{

    std::size_t size = FreeBegin - Begin;               //暂时用size_t

    std::size_t newCapacity = 2 * max(size, 1);     //计算新空间大小

 

    T *pNewBegin = Alloc.allocate(newCapacity);     //分配新空间

    uninitialized_copy(Begin, FreeBegin, pNewBegin);    //拷贝现有元素到新空间

 

    for (T *p = FreeBegin; p!=Begin;)                   //析构旧空间中的元素

        Alloc.destroy(--p);

 

    if (Begin)

        Alloc.deallocate(Begin, End-Begin);         //释放旧空间

 

    Begin = pNewBegin;

    FreeBegin = Begin + size;

    End = Begin + newCapacity;

}

算法采用简单却高效的方式,每次重新分配现有内存2倍的空间,如果容器为空,则分配2个元素的空间。

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