第69课 技巧，自定义内存管理

Posted 2021-01-04 wanmeishenghuo

如何统计对象中某个成员变量的访问次数？

解法：

这里我们只能满足普通对象的访问统计，那么const对象呢？

完善解法，使得能统计只读对象的访问次数：

 

 使用了mutable之后，只读对象名存实亡。

 1 #include <iostream>
 2 #include <string>
 3 
 4 using namespace std;
 5 
 6 class Test
 7 {
 8     int m_value;
 9     int * const m_pCount;
10     /* mutable int m_count; */
11 public:
12     Test(int value = 0) : m_pCount(new int(0))
13     {
14         m_value = value;
15         /* m_count = 0; */
16     }
17     
18     int getValue() const
19     {
20         /* m_count++; */
21         *m_pCount = *m_pCount + 1;
22         return m_value;
23     }
24     
25     void setValue(int value)
26     {
27         /* m_count++; */
28         *m_pCount = *m_pCount + 1;
29         m_value = value;
30     }
31     
32     int getCount() const
33     {
34         /* return m_count; */
35         return *m_pCount;
36     }
37 
38     ~Test()
39     {
40         delete m_pCount;
41     }
42 };
43 
44 int main(int argc, char *argv[])
45 {
46     Test t;
47     
48     t.setValue(100);
49     
50     cout << "t.m_value = " << t.getValue() << endl;
51     cout << "t.m_count = " << t.getCount() << endl;
52     
53     const Test ct(200);
54     
55     cout << "ct.m_value = " << ct.getValue() << endl;
56     cout << "ct.m_count = " << ct.getCount() << endl;
57     
58     return 0;
59 }

使用mutable可以完成const对象的访问统计，但是不使用mutable也可以完成这个需求。

使用指针常量完成这个需求，不改变指针的值，但是可以改变指针指向的值。

运行结果如下：

 

实际工程中，mutable使用比较少。最好不要使用。

 

问题2：

new关键字创建出来的对象位于什么地方？

被忽略的事实：

 

我们通过一些方法可以是new出来的对象位于静态存储区。

new是关键字，也是操作符，因此，可以重载new和delete。

 

工程中不建议全局重载new。

通过函数来对这两个操作符进行重载，一般情况下都是针对具体的类进行重载，所以new和delete的重载函数就是类的成员函数，并且这两个重载函数默认为静态成员函数，写不写static都是静态的。

 静态存储区中创建动态对象：

 

 1 #include <iostream>
 2 #include <string>
 3 
 4 using namespace std;
 5 
 6 class Test
 7 {
 8     static const unsigned int COUNT = 4;
 9     static char c_buffer[];
10     static char c_map[];
11     
12     int m_value;
13 public:
14     void* operator new (unsigned int size)
15     {
16         void* ret = NULL;
17         
18         for(int i=0; i<COUNT; i++)
19         {
20             if( !c_map[i] )
21             {
22                 c_map[i] = 1;
23                 
24                 ret = c_buffer + i * sizeof(Test);
25                 
26                 cout << "succeed to allocate memory: " << ret << endl;
27                 
28                 break;
29             }
30         }
31         
32         return ret;
33     }
34     
35     void operator delete (void* p)
36     {
37         if( p != NULL )
38         {
39             char* mem = reinterpret_cast<char*>(p);
40             int index = (mem - c_buffer) / sizeof(Test);
41             int flag = (mem - c_buffer) % sizeof(Test);
42             
43             if( (flag == 0) && (0 <= index) && (index < COUNT) )
44             {
45                 c_map[index] = 0;
46                 
47                 cout << "succeed to free memory: " << p << endl;
48             }
49         }
50     }
51 };
52 
53 char Test::c_buffer[sizeof(Test) * Test::COUNT] = {0};
54 char Test::c_map[Test::COUNT] = {0};
55 
56 int main(int argc, char *argv[])
57 {
58     cout << "===== Test Single Object =====" << endl;
59      
60     Test* pt = new Test;
61     
62     delete pt;
63     
64     cout << "===== Test Object Array =====" << endl;
65     
66     Test* pa[5] = {0};
67     
68     for(int i=0; i<5; i++)
69     {
70         pa[i] = new Test;
71         
72         cout << "pa[" << i << "] = " << pa[i] << endl;
73     }
74     
75     for(int i=0; i<5; i++)
76     {
77         cout << "delete " << pa[i] << endl;
78         
79         delete pa[i];
80     }
81     
82     return 0;
83 }

 

第53行定义静态存储空间。

运行结果如下：

 我们可以使用这种方法结合二阶构造法，可以限制一个类最多产生多少个对象。

单例模式仅仅是使一个创建一个对象，而在静态存储区创建类结合二阶构造模式可以完成n例模式。

 

问题3：

如何在指定的地址上创建C++对象？

自定义对象的存储空间示例程序：

  1 #include <iostream>
  2 #include <string>
  3 #include <cstdlib>
  4 
  5 using namespace std;
  6 
  7 class Test
  8 {
  9     static unsigned int c_count;
 10     static char* c_buffer;
 11     static char* c_map;
 12     
 13     int m_value;
 14 public:
 15     static bool SetMemorySource(char* memory, unsigned int size)
 16     {
 17         bool ret = false;
 18         
 19         c_count = size / sizeof(Test);
 20         
 21         ret = (c_count && (c_map = reinterpret_cast<char*>(calloc(c_count, sizeof(char)))));
 22         
 23         if( ret )
 24         {
 25             c_buffer = memory;
 26         }
 27         else
 28         {
 29             free(c_map);
 30             
 31             c_map = NULL;
 32             c_buffer = NULL;
 33             c_count = 0;
 34         }
 35         
 36         return ret;
 37     }
 38     
 39     void* operator new (unsigned int size)
 40     {
 41         void* ret = NULL;
 42         
 43         if( c_count > 0 )
 44         {
 45             for(int i=0; i<c_count; i++)
 46             {
 47                 if( !c_map[i] )
 48                 {
 49                     c_map[i] = 1;
 50                     
 51                     ret = c_buffer + i * sizeof(Test);
 52                     
 53                     cout << "succeed to allocate memory: " << ret << endl;
 54                     
 55                     break;
 56                 }
 57             }
 58         }
 59         else
 60         {
 61             ret = malloc(size);
 62         }
 63         
 64         return ret;
 65     }
 66     
 67     void operator delete (void* p)
 68     {
 69         if( p != NULL )
 70         {
 71             if( c_count > 0 )
 72             {
 73                 char* mem = reinterpret_cast<char*>(p);
 74                 int index = (mem - c_buffer) / sizeof(Test);
 75                 int flag = (mem - c_buffer) % sizeof(Test);
 76                 
 77                 if( (flag == 0) && (0 <= index) && (index < c_count) )
 78                 {
 79                     c_map[index] = 0;
 80                     
 81                     cout << "succeed to free memory: " << p << endl;
 82                 }
 83             }
 84             else
 85             {
 86                 free(p);
 87             }
 88         }
 89     }
 90 };
 91 
 92 unsigned int Test::c_count = 0;
 93 char* Test::c_buffer = NULL;
 94 char* Test::c_map = NULL;
 95 
 96 int main(int argc, char *argv[])
 97 {
 98     char buffer[12] = {0};
 99     
100     Test::SetMemorySource(buffer, sizeof(buffer));
101     
102     cout << "===== Test Single Object =====" << endl;
103      
104     Test* pt = new Test;
105     
106     delete pt;
107     
108     cout << "===== Test Object Array =====" << endl;
109     
110     Test* pa[5] = {0};
111     
112     for(int i=0; i<5; i++)
113     {
114         pa[i] = new Test;
115         
116         cout << "pa[" << i << "] = " << pa[i] << endl;
117     }
118     
119     for(int i=0; i<5; i++)
120     {
121         cout << "delete " << pa[i] << endl;
122         
123         delete pa[i];
124     }
125     
126     return 0;
127 }

15行的函数用于动态设置创建对象的地址。

结果如下：

 

 被忽略的事实：

new[]和delete[]是新的操作符，不同于new和delete。

 

动态数组的内存管理：

 1 #include <iostream>
 2 #include <string>
 3 #include <cstdlib>
 4 
 5 using namespace std;
 6 
 7 class Test
 8 {
 9     int m_value;
10 public:
11     Test()
12     {
13         m_value = 0;
14     }
15     
16     ~Test()
17     {
18     }
19     
20     void* operator new (unsigned int size)
21     {
22         cout << "operator new: " << size << endl;
23         
24         return malloc(size);
25     }
26     
27     void operator delete (void* p)
28     {
29         cout << "operator delete: " << p << endl;
30         
31         free(p);
32     }
33     
34     void* operator new[] (unsigned int size)
35     {
36         cout << "operator new[]: " << size << endl;
37         
38         return malloc(size);
39     }
40     
41     void operator delete[] (void* p)
42     {
43         cout << "operator delete[]: " << p << endl;
44         
45         free(p);
46     }
47 };
48 
49 int main(int argc, char *argv[])
50 {
51     Test* pt = NULL;
52     
53     pt = new Test;
54     
55     delete pt;
56     
57     pt = new Test[5];
58     
59     delete[] pt;
60     
61     return 0;
62 }

运行结果如下：

 

我们通过重载的方式说明了new 和new[]的不同，第57行的new调用的是34行的new[]重载，第57行5个元素占用20个字节，但是结果中却打印出了24个字节，这就是额外的空间记录数组的长度信息。这个长度信息用于记录调用析构函数的次数。

new[]和delete[]的使用必须匹配，不能和new、delete交叉使用。 例如new[]在栈上分配空间时，使用delete释放到堆上，这样就可能崩溃。或者使用delete只会调用一次析构函数。

 

小结：