Статическое выделение памяти. Управляющие конструкции языка Си. Представление программ в виде функций. Работа с памятью. Структуры. Как освободить память, выделенную под одиночную переменную оператором delete? Общая форма

В С++, как и во многих других языках, память можно выделять статически (память выделяется до начала выполнения программы и освобождается после завершения программы) или динамически (память выделяется и освобождается в процессе выполнения программы).

Статическое выделение памяти выполняется для всех глобальных и локальных переменных, имеющих явные описания в программе (без использования указателей). В этом случае механизм выделения памяти определяется расположением описания переменной в программе и спецификатором класса памяти в описании. Тип переменной определяет размер выделяемой области памяти, но механизм выделения памяти от типа не зависит. Имеется два основных механизма статического выделения памяти.

· Память под каждую из глобальных и статических (объявленных со спецификатором static) переменных выделяется до начала выполнения программы в соответствии с описанием типа. От начала до конца выполнения программы данные переменные связаны с выделенной для них областью памяти. Таким образом, они имеют глобальное время жизни, при этом область видимости у них различная.

· Для локальных переменных, объявленных внутри какого-либо блока и не имеющих спецификатора static, память выделяется другим способом. До начала выполнения программы (при её загрузке) выделяется довольно объёмная область памяти, называемая стеком (иногда используют термины стек программы или стек вызовов , чтобы сделать различие между стеком как абстрактным типом данных). Размер стека зависит от среды разработки, например, в MS Visual C++ по умолчанию под стек выделяется 1 мегабайт (это значение поддаётся настройке). В процессе выполнения программы при входе в определённый блок выделяется память в стеке для локализованных в блоке переменных (в соответствии с описанием их типа), при выходе из блока эта память освобождается. Данные процессы выполняются автоматически, поэтому локальные переменные в С++ часто называют автоматическими .

При вызове функции в стеке выделяется память для её локальных переменных, параметров (в стек помещается значение или адрес параметра), результата функции и сохранения точки возврата – адреса в программе, куда нужно вернуться при завершении работы функции. При завершении работы функции все связанные с ней данные удаляются из стека.

Использование термина "стек" объяснить легко – при принятом подходе к выделению и освобождению памяти переменные, которые помещаются в стек последними (это переменные, локализованные в самом глубоко вложенном блоке), удаляются из него первыми. То есть, выделение и освобождение памяти происходит по принципу LIFO (LAST IN – FIRST OUT, последним пришёл – первым вышел). Это и есть принцип работы стека. Стек как динамическую структуру данных и его возможную реализацию мы рассмотрим в следующем разделе.

Во многих случаях статическое выделение памяти ведет к ее неэффективному использованию (особенно это характерно для массивов больших размеров), т. к. не всегда выделенная статически область памяти реально заполняется данными. Поэтому в С++, как и во многих языках, есть удобные средства динамического формирования переменных. Суть динамического выделения памяти заключается в том, что память выделяется (захватывается) по запросу из программы и освобождается также по запросу. При этом размер памяти может определяться типом переменной или явно указываться в запросе. Такие переменные называются динамическими . Возможности создания и использования динамических переменных тесно связаны с механизмом указателей.

Суммируя всё сказанное выше, можно представить следующую схему распределения памяти в процессе исполнения программы (рисунок 2.1). Расположение областей друг относительно друга на рисунке довольно условное, т.к. детали выделения памяти берёт на себя операционная система.

Рисунок 2.1 – схема распределения памяти

В заключение этого раздела коснёмся одной болезненной проблемы в процессе работы со стеком – возможности его переполнения (эта аварийная ситуация обычно называется Stack Overflow ). Причина, породившая проблему, понятна – ограниченный объём памяти, которая выделяется под стек при загрузке программы. Наиболее вероятные ситуации для переполнения стека – локальные массивы больших размеров и глубокая вложенность рекурсивных вызовов функций (обычно возникает при неаккуратном программировании рекурсивных функций, допустим, забыта какая-либо терминальная ветвь).

Для того, чтобы лучше понять проблему переполнения стека, советуем провести такой нехитрый эксперимент. В функции main объявите массив целых чисел размером, допустим, на миллион элементов. Программа скомпилируется, но при её запуске возникнет ошибка переполнения стека. Теперь добавьте в начало описания массива спецификатор static (или вынесите описание массива из функции main ) – программа заработает!

Ничего чудесного в этом нет – просто теперь массив помещается не в стек, а в область глобальных и статических переменных. Размер памяти для этой области определяет компилятор – если программа скомпилировалась, значит, она будет работать.

Тем не менее, объявлять в программе статически формируемые массивы огромных размеров, как правило, нет необходимости. В большинстве случаев более эффективным и гибким способом будет динамическое выделение памяти для таких данных.

время выполнения программы. Под локальные переменные программа отводит память из стекового пространства. Однако локальные переменные требуют предварительного определения объема памяти, выделяемой для каждой ситуации. Хотя С++ эффективно реализует такие переменные, они требуют от программиста заранее знать, какое количество памяти необходимо для каждой ситуации.

Второй способ, которым С++ может хранить информацию, заключается в использовании системы динамического распределения. При этом способе память распределяется для информации из свободной области памяти по мере необходимости. Область свободной памяти находится между кодом программы с ее постоянной областью памяти и стеком ( рис. 24.1). Динамическое размещение удобно, когда неизвестно, сколько элементов данных будет обрабатываться.

Рис. 24.1.

По мере использования программой стековая область увеличивается вниз, то есть программа сама определяет объем стековой памяти. Например, программа с большим числом рекурсивных функций займет больше стековой памяти, чем программа , не имеющая рекурсивных функций , так как локальные переменные и возвращаемые адреса хранятся в стеках. Память под саму программу и глобальные переменные выделяется на все время выполнения программы и является постоянной для конкретной среды.

Память , выделяемая в процессе выполнения программы, называется динамической. После выделения динамической памяти она сохраняется до ее явного освобождения, что может быть выполнено только с помощью специальной операции или библиотечной функции.

Если динамическая память не освобождена до окончания программы, то она освобождается автоматически при завершении программы. Тем не менее, явное освобождение ставшей ненужной памяти является признаком хорошего стиля программирования.

В процессе выполнения программы участок динамической памяти доступен везде, где доступен указатель , адресующий этот участок. Таким образом, возможны следующие три варианта работы с динамической памятью , выделяемой в некотором блоке (например, в теле неглавной функции).

• Указатель (на участок динамической памяти) определен как локальный объект автоматической памяти. В этом случае выделенная память будет недоступна при выходе за пределы блока локализации указателя, и ее нужно освободить перед выходом из блока.
• Указатель определен как локальный объект статической памяти. Динамическая память, выделенная однократно в блоке, доступна через указатель при каждом повторном входе в блок. Память нужно освободить только по окончании ее использования.
• Указатель является глобальным объектом по отношению к блоку. Динамическая память доступна во всех блоках, где "виден" указатель. Память нужно освободить только по окончании ее использования.

Все переменные, объявленные в программе размещаются в одной непрерывной области памяти, которую называют сегментом данных . Такие переменные не меняют своего размера в ходе выполнения программы и называются статическими . Размера сегмента данных может быть недостаточно для размещения больших объемов информации. Выходом из этой ситуации является использование динамической памяти. Динамическая память – это память , выделяемая программе для ее работы за вычетом сегмента данных, стека, в котором размещаются локальные переменные подпрограмм и собственно тела программы.

Для работы с динамической памятью используют указатели. С их помощью осуществляется доступ к участкам динамической памяти, которые называются динамическими переменными . Для хранения динамических переменных выделяется специальная область памяти, называемая " кучей ".

Динамические переменные создаются с помощью специальных функций и операций. Они существуют либо до конца работы программы, либо до тех пор, пока не будет освобождена выделенная под них память с помощью специальных функций или операций. То есть время жизни динамических переменных – от точки создания до конца программы или до явного освобождения памяти .

В С++ используется два способа работы с динамической памятью:

1. использование операций new и delete ;
2. использование семейства функций mallос (calloc ) (унаследовано из С).

Работа с динамической памятью с помощью операций new и delete

В языке программирования С++ для динамического распределения памяти существуют операции new и delete . Эти операции используются для выделения и освобождения блоков памяти . Область памяти, в которой размещаются эти блоки, называется свободной памятью .

Операция new позволяет выделить и сделать доступным свободный участок в основной памяти, размеры которого соответствуют типу данных, определяемому именем типа.

Синтаксис :

new ИмяТипа;

new ИмяТипа [Инициализатор];

В выделенный участок заносится значение , определяемое инициализатором , который не является обязательным элементом. В случае успешного выполнения new возвращает адрес начала выделенного участка памяти. Если участок нужных размеров не может быть выделен (нет памяти), то операция new возвращает нулевое значение адреса (NULL ).

Синтаксис применения операции :

Указатель = new ИмяТипа [Инициализатор];

Операция new float выделяет участок памяти размером 4 байта. Операция new int(15) выделяет участок памяти 4 байта и инициализирует этот участок целым значением 15. Синтаксис использования операций new и delete предполагает применение указателей. Предварительно каждый указатель должен быть объявлен:

тип *ИмяУказателя;

Например:

float *pi; //Объявление переменной pi pi=new float; //Выделение памяти для переменной pi * pi = 2.25; //Присваивание значения

В качестве типа можно использовать, например, стандартные типы int, long, float, double, char .

Оператор new чаще всего используется для размещения в памяти данных определенных пользователем типов, например, структур:

struct Node { char *Name; int Value; Node *Next }; Node *PNode; //объявляется указатель PNode = new Node; //выделяется память PNode->Name = "Ata"; //присваиваются значения PNode->Value = 1; PNode->Next = NULL;

В качестве имени типа в операции new может быть использован массив :

new ТипМассива

При выделении динамической памяти для массива его размеры должны быть полностью определены. Например:

ptr = new int ;//10 элементов типа int или 40 байт ptr = new int ;//неверно, т.к. не определен размер

Такая операция позволяет выделить в динамической памяти участок для размещения массива соответствующего типа, но не позволяет его инициализировать. В результате выполнения операция new возвратит указатель , значением которого служит адрес первого элемента массива. Например:

int *n = new int;

Операция new выполняет выделение достаточного для размещения величины типа int участка динамической памяти и записывает адрес начала этого участка в переменную n . Память под саму переменную n (размера, достаточного для размещения указателя) выделяется на этапе компиляции.

Последнее обновление: 28.05.2017

При создании массива с фиксированными размерами под него выделяется определенная память. Например, пусть у нас будет массив с пятью элементами:

Double numbers = {1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0};

Для такого массива выделяется память 5 * 8 (размер типа double) = 40 байт. Таким образом, мы точно знаем, сколько в массиве элементов и сколько он занимает памяти. Однако это не всегда удобно. Иногда бывает необходимо, чтобы количество элементов и соответственно размер выделяемой памяти для массива определялись динамически в зависимости от некоторых условий. Например, пользователь сам может вводить размер массива. И в этом случае для создания массива мы можем использовать динамическое выделение памяти.

Для управления динамическим выделением памяти используется ряд функций, которые определены в заголовочном файле stdlib.h :

malloc() . Имеет прототип

Void *malloc(unsigned s);

Выделяет память длиной в s байт и возвращает указатель на начало выделенной памяти. В случае неудачного выполнения возвращает NULL

calloc() . Имеет прототип

Void *calloc(unsigned n, unsigned m);

Выделяет память для n элементов по m байт каждый и возвращает указатель на начало выделенной памяти. В случае неудачного выполнения возвращает NULL

realloc() . Имеет прототип

Void *realloc(void *bl, unsigned ns);

Изменяет размер ранее выделенного блока памяти, на начало которого указывает указатель bl, до размера в ns байт. Если указатель bl имеет значение NULL , то есть память не выделялась, то действие функции аналогично действию malloc

free() . Имеет прототип

Void *free(void *bl);

Освобождает ранее выделенный блок памяти, на начало которого указывает указатель bl.

Если мы не используем эту функцию, то динамическая память все равно освободится автоматически при завершении работы программы. Однако все же хорошей практикой является вызов функции free() , который позволяет как можно раньше освободить память.

Рассмотрим применение функций на простой задаче. Длина массива неизвестна и вводится во время выполнения программы пользователем, и также значения всех элементов вводятся пользователем:

#include #include int main(void) { int *block; // указатель для блока памяти int n; // число элементов массива // ввод числа элементов printf("Size of array="); scanf("%d", &n); // выделяем память для массива // функция malloc возвращает указатель типа void* // который автоматически преобразуется в тип int* block = malloc(n * sizeof(int)); // вводим числа в массив for(int i=0;i

Консольный вывод программы:

Size of array=5 block=23 block=-4 block=0 block=17 block=81 23 -4 0 17 81

Здесь для управления памятью для массива определен указатель block типа int . Количество элементов массива заранее неизвестно, оно представлено переменной n.

Вначале пользователь вводит количество элементов, которое попадает в переменную n. После этого необходимо выделить память для данного количества элементов. Для выделения памяти здесь мы могли бы воспользоваться любой из трех вышеописанных функций: malloc, calloc, realloc. Но конкретно в данной ситуации воспользуемся функцией malloc :

Block = malloc(n * sizeof(int));

Прежде всего надо отметить, что все три выше упомянутые функции для универсальности возвращаемого значения в качестве результата возвращают указатель типа void * . Но в нашем случае создается массив типа int, для управления которым используется указатель типа int * , поэтому выполняется неявное приведение результата функции malloc к типу int * .

В саму функцию malloc передается количество байтов для выделяемого блока. Это количество подсчитать довольно просто: достаточно умножить количество элементов на размер одного элемента n * sizeof(int) .

После выполнения всех действий память освобождается с помощью функции free() :

Free(block);

Важно, что после выполнения этой функции мы уже не сможем использовать массив, например, вывести его значения на консоль:

Free(block); for(int i=0;i

И если мы попытаемся это сделать, то получим неопределенные значения.

Вместо функции malloc аналогичным образом мы могли бы использовать функцию calloc() , которая принимает количество элементов и размер одного элемента:

Block = calloc(n, sizeof(int));

Либо также можно было бы использовать функцию realloc() :

Int *block = NULL; block = realloc (block, n * sizeof(int));

При использовании realloc желательно (в некоторых средах, например, в Visual Studio, обязательно) инициализировать указатель хотя бы значением NULL.

Но в целом все три вызова в данном случае имели бы аналогичное действие:

Block = malloc(n * sizeof(int)); block = calloc(n, sizeof(int)); block = realloc (block, n * sizeof(int));

Теперь рассмотрим более сложную задачу - динамическое выделение памяти для двухмерного массива:

#include #include int main(void) { int **table; // указатель для блока памяти для массива указателей int *rows; // указатель для блока памяти для хранения информации по строкам int rowscount; // количество строк int d; // вводимое число // ввод количества строк printf("Rows count="); scanf("%d", &rowscount); // выделяем память для двухмерного массива table = calloc(rowscount, sizeof(int*)); rows = malloc(sizeof(int)*rowscount); // цикл по строкам for (int i = 0; i

Переменная table представляет указатель на массив указателей типа int* . Каждый указатель table[i] в этом массиве представляет указатель на подмассив элементов типа int , то есть отдельные строки таблицы. А переменная table фактически представляет указатель на массив указателей на строки таблицы.

Для хранения количества элементов в каждом подмассиве определяется указатель rows типа int . Фактически он хранит количество столбцов для каждой строки таблицы.

Сначала вводится количество строк в переменную rowscount . Количество строк - это количество указателей в массиве, на который указывает указатель table . И кроме того, количество строк - это количество элементов в динамическом массиве, на который указывает указатель rows . Поэтому вначале необходимо для всех этих массивов выделить память:

Table = calloc(rowscount, sizeof(int*)); rows = malloc(sizeof(int)*rowscount);

Далее в цикле осуществляется ввод количества столбцов для каждый строки. Введенное значение попадает в массив rows. И в соответствии с введенным значением для каждой строки выделяется необходимый размер памяти:

Scanf("%d", &rows[i]); table[i] = calloc(rows[i], sizeof(int));

Затем производится ввод элементов для каждой строки.

В конце работы программы при выводе происходит освобождение памяти. В программе память выделяется для строк таблицы, поэтому эту память надо освободить:

Free(table[i]);

И кроме того, освобождается память, выделенная для указателей table и rows:

Free(table); free(rows);

Консольный вывод программы:

Rows count=2 Columns count for 1=3 table=1 table=2 table=3 Columns count for 2=2 table=4 table=5 1 2 3 4 5

Программа может хранить информацию в основной памяти компьютера двумя основными спо­собами. Первый из них использует глобальные и локальные переменные, включая массивы, струк­туры и классы. В случае глобальных и статических локальных переменных место хранения инфор­мации фиксируется на все время выполнения программы. В случае локальных переменных память выделяется в стеке. Хотя в Borland С++ работа с этими переменными реализована очень эффек­тивно, их использование требует от программиста знать заранее размер памяти, который потре­буется в ходе выполнения программы.

Вторым способом хранения информации служит использование системы динамического выде­ления памяти Borland С++. В этом методе память для хранения информации выделяется из сво­бодной области памяти по мере надобности и возвращается назад, т.е. освобождается, когда надобность в ней исчезла. Область свободной памяти лежит между областью памяти, где разме­щается программа, и стеком. Эта область называется кучей (heap) и используется для запросов на динамическое выделение памяти.

Преимуществом использования динамической памяти служит то, что одна и та же память мо­жет быть использована для хранения различной информации в процессе исполнения программы. Поскольку память выделяется для определенной цели и освобождается, когда ее использование завершилось, то можно использовать ту же самую память в другой момент времени для других целей в другой части программы. Другим преимуществом динамического выделения памяти явля­ется возможность создания с ее помощью связанных списков, двоичных деревьев и других дина­мических структур данных.

Ядром динамического выделения памяти языка С являются функции malloc() и free(), являющиеся частями стандартной библиотеки. Всякий раз, когда функцией malloc() осуществляется запрос на выделение памяти, выделяется порция имеющейся в наличии свободной памяти. Всякий раз, когда эта память освобождается с помощью функции free(), эта память возвращается назад системе.

Язык С++ определяет два оператора динамического выделения памя­ти - new и delete.

Стандарт ANSI С определяет только четыре функции динамического выделения памяти: calloc(), malloc(), free() и realloc(). Однако Borland С++ содержит несколько других функций динамичес­кого выделения памяти. При компиляции кода для современной 32-разрядной модели памяти, память являет­ся плоской и обычно используются только четыре стандартные функции выделения памяти.

Стандарт ANSI С определяет, что заголовочная информация, необходимая для динамического выделения памяти, содержится в файле stdlib.h. Однако Borland С++ позволяет использовать заго­ловочные файлы stdlib.h или alloc.h. Здесь мы используем заголовочный файл stdlib.h, поскольку это обеспечивает переносимость. Некоторые другие функции динамического выделения памяти требуют заголовочных файлов alloc.h, malloc.h или dos.h. Необходимо обращать особое внимание на то, какой заголовочный файл необходим для использования каждой функции.

Работа с динамической памятью зачастую является узким местом во многих алгоритмах, если не применять специальные ухищрения.

В статье я рассмотрю парочку таких техник. Примеры в статье отличаются (например, от этого) тем, что используется перегрузка операторов new и delete и за счёт этого синтаксические конструкции будут минималистичными, а переделка программы - простой. Также описаны подводные камни, найденные в процессе (конечно, гуру, читавшие стандарт от корки до корки, не удивятся).

0. А нужна ли нам ручная работа с памятью?

В первую очередь проверим, насколько умный аллокатор может ускорить работу с памятью.

Напишем простые тесты для C++ и C# (C# известен прекрасным менеджером памяти, который делит объекты по поколениям, использует разные пулы для объектов разных размеров и т.п.).

Class Node { public: Node* next; }; // ... for (int i = 0; i < 10000000; i++) { Node* v = new Node(); }

Class Node { public Node next; } // ... for (int l = 0; l < 10000000; l++) { var v = new Node(); }

Несмотря на всю «сферично-вакуумность» примера, разница по времени получилась в 10 раз (62 ms против 650 ms). Кроме того, c#-пример закончен, а по правилам хорошего тона в c++ выделенные объекты надо удалить, что ещё больше увеличит отрыв (до 2580 ms).

1. Пул объектов

Очевидное решение - забрать у ОС большой блок памяти и разбить его на равные блоки размера sizeof(Node), при выделении памяти брать блок из пула, при освобождении - возвращать в пул. Пул проще всего организовать с помощью односвязного списка (стека).

Поскольку стоит задача минимального вмешательства в программу, всё что можно будет сделать, это добавить примесь BlockAlloc к классу Node:
class Node: public BlockAlloc

Прежде всего нам понадобится пул больших блоков (страниц), которые забираем у ОС или C-runtime. Его можно организовать поверх функций malloc и free, но для большей эффективности (чтобы пропустить лишний уровень абстракции), используем VirtualAlloc/VirtualFree. Эти функции выделяют память блоками, кратными 4K, а также резервируют адресное пространство процесса блоками, кратными 64K. Одновременно указывая опции commit и reserve, мы перескакиваем ещё один уровень абстракции, резервируя адресное пространство и выделяя страницы памяти одним вызовом.

Класс PagePool

inline size_t align(size_t x, size_t a) { return ((x-1) | (a-1)) + 1; } //#define align(x, a) ((((x)-1) | ((a)-1)) + 1) template class PagePool { public: void* GetPage() { void* page = VirtualAlloc(NULL, PageSize, MEM_COMMIT | MEM_RESERVE, PAGE_READWRITE); pages.push_back(page); return page; } ~PagePool() { for (vector::iterator i = pages.begin(); i != pages.end(); ++i) { VirtualFree(*i, 0, MEM_RELEASE); } } private: vector pages; };

Затем организуем пул блоков заданного размера

Класс BlockPool

template class BlockPool: PagePool { public: BlockPool() : head(NULL) { BlockSize = align(sizeof(T), Alignment); count = PageSize / BlockSize; } void* AllocBlock() { // todo: lock(this) if (!head) FormatNewPage(); void* tmp = head; head = *(void**)head; return tmp; } void FreeBlock(void* tmp) { // todo: lock(this) *(void**)tmp = head; head = tmp; } private: void* head; size_t BlockSize; size_t count; void FormatNewPage() { void* tmp = GetPage(); head = tmp; for(size_t i = 0; i < count-1; i++) { void* next = (char*)tmp + BlockSize; *(void**)tmp = next; tmp = next; } *(void**)tmp = NULL; } };

Комментарием // todo: lock(this) помечены места, которые требуют межпоточной синхронизации (например, используйте EnterCriticalSection или boost::mutex).

Объясню, почему при «форматировании» страницы не ипользуется абстракция FreeBlock для добавления блока в пул. Если бы было написано что-то вроде

For (size_t i = 0; i < PageSize; i += BlockSize) FreeBlock((char*)tmp+i);

То страница по принципу FIFO оказалась бы размеченной «наоборот»:

Несколько блоков, затребованных из пула подряд, имели бы убывающие адреса. А процессор не любит ходить назад, от этого у него ломается Prefetch (UPD : Не актуально для современных процессоров). Если же делать разметку в цикле
for (size_t i = PageSize-(BlockSize-(PageSize%BlockSize)); i != 0; i -= BlockSize) FreeBlock...
то цикл разметки ходил бы по адресам назад.

Теперь, когда приготовления сделаны, можно описать класс-примесь.
template class BlockAlloc { public: static void* operator new(size_t s) { if (s != sizeof(T)) { return::operator new(s); } return pool.AllocBlock(); } static void operator delete(void* m, size_t s) { if (s != sizeof(T)) { ::operator delete(m); } else if (m != NULL) { pool.FreeBlock(m); } } // todo: implement nothrow_t overloads, according to borisko" comment // http://habrahabr.ru/post/148657/#comment_5020297 // Avoid hiding placement new that"s needed by the stl containers... static void* operator new(size_t, void* m) { return m; } // ...and the warning about missing placement delete... static void operator delete(void*, void*) { } private: static BlockPool pool; }; template BlockPool BlockAlloc::pool;

Объясню, зачем нужны проверки if (s != sizeof(T))
Когда они срабатывают? Тогда, когда создаётся/удаляется класс, отнаследованный от базового T.
Наследники будут пользоваться обычными new/delete, но к ним также можно примешать BlockAlloc. Таким образом, мы легко и безопасно определяем, какие классы должны пользоваться пулами, не боясь сломать что-то в программе. Множественное наследование также прекрасно работает с этой примесью.

Готово. Наследуем Node от BlockAlloc и заново проводим тест.
Время теста теперь - 120 ms. В 5 раз быстрее. Но в c# аллокатор всё же лучше. Наверное, там не просто связный список. (Если же сразу после new сразу вызывать delete, и тем самым не тратить много памяти, умещая данные в кеш, получим 62 ms. Странно. В точности, как у.NET CLR, как будто он возвращает освободившиеся локальные переменные сразу в соответствующий пул, не дожидаясь GC)

2. Контейнер и его пёстрое содержимое

Часто ли попадаются классы, которые хранят в себе массу различных дочерних объектов, таких, что время жизни последних не дольше времени жизни родителя?

Например, это может быть класс XmlDocument, наполненный классами Node и Attribute, а также c-строками (char*), взятыми из текста внутри нод. Или список файлов и каталогов в файловом менеджере, загружаемых один раз при перечитывании каталога и больше не меняющихся.

Как было показано во введении, delete обходится дороже, чем new. Идея второй части статьи в том, чтобы память под дочерние объекты выделять в большом блоке, связанном с Parent-объектом. При удалении parent-объекта у дочерних будут, как обычно, вызваны деструкторы, но память возвращать не потребуется - она освободиться одним большим блоком.

Создадим класс PointerBumpAllocator, который умеет откусывать от большого блока куски разных размеров и выделять новый большой блок, когда старый будет исчерпан.

Класс PointerBumpAllocator

template class PointerBumpAllocator { public: PointerBumpAllocator() : free(0) { } void* AllocBlock(size_t block) { // todo: lock(this) block = align(block, Alignment); if (block > free) { free = align(block, PageSize); head = GetPage(free); } void* tmp = head; head = (char*)head + block; free -= block; return tmp; } ~PointerBumpAllocator() { for (vector::iterator i = pages.begin(); i != pages.end(); ++i) { VirtualFree(*i, 0, MEM_RELEASE); } } private: void* GetPage(size_t size) { void* page = VirtualAlloc(NULL, size, MEM_COMMIT | MEM_RESERVE, PAGE_READWRITE); pages.push_back(page); return page; } vector pages; void* head; size_t free; }; typedef PointerBumpAllocator<> DefaultAllocator;

Наконец, опишем примесь ChildObject с перегруженными new и delete, обращающимися к заданному аллокатору:

Template struct ChildObject { static void* operator new(size_t s, A& allocator) { return allocator.AllocBlock(s); } static void* operator new(size_t s, A* allocator) { return allocator->AllocBlock(s); } static void operator delete(void*, size_t) { } // *1 static void operator delete(void*, A*) { } static void operator delete(void*, A&) { } private: static void* operator new(size_t s); };

В этом случае кроме добавления примеси в child-класс необходимо будет также исправить все вызовы new (или воспользоваться паттерном «фабрика»). Синтаксис оператора new будет следующим:

New (… параметры для оператора…) ChildObject (… параметры конструктора…)

Для удобства я задал два оператора new, принимающих A& или A*.
Если аллокатор добавлен в parent-класс как член, удобнее первый вариант:
node = new(allocator) XmlNode(nodename);
Если аллокатор добавлен как предок (примесь), удобнее второй:
node = new(this) XmlNode(nodename);

Для вызова delete не предусмотрен специальный синтаксис, компилятор вызовет стандартный delete (отмеченный *1), независимо от того, какой из операторов new был использован для создания объекта. То есть, синтаксис delete обычный:
delete node;

Если же в конструкторе ChildObject (или его наследника) происходит исключение, вызывается delete с сигнатурой, соответствующей сигнатуре оператора new, использованном при создании этого объекта (первый параметр size_t будет заменён на void*).

Размешение оператора new в секции private защищает от вызова new без указания аллокатора.

Приведу законченный пример использования пары Allocator-ChildObject:

Пример

class XmlDocument: public DefaultAllocator { public: ~XmlDocument() { for (vector::iterator i = nodes.begin(); i != nodes.end(); ++i) { delete (*i); } } void AddNode(char* content, char* name) { char* c = (char*)AllocBlock(strlen(content)+1); strcpy(c, content); char* n = (char*)AllocBlock(strlen(name)+1); strcpy(n, content); nodes.push_back(new(this) XmlNode(c, n)); } class XmlNode: public ChildObject { public: XmlNode(char* _content, char* _name) : content(_content), name(_name) { } private: char* content; char* name; }; private: vector nodes; };

Заключение. Статья была написана 1.5 года назад для песочницы, но увы, не понравилась модератору.