再學C++ Primer（12）- C++中的高級內(nèi)存管理

C++ primer的最后一章，雖說是高級主題，但其實是一些非常有用的東西，包括內(nèi)存分配，RTTI，volatile等等。

new/delete

C++中內(nèi)存方面最常用的就是new表達式和delete表達式。

string *sp = new string("fucku");

實際上發(fā)生了三件事:

1）調(diào)用名為operator new的標準庫函數(shù)，分配足夠大的原始的未類型化的內(nèi)存，以保存指定類型的一個對象；

2）運行該類型的一個構(gòu)造函數(shù)，用指定初始化式構(gòu)造對象；

3）返回指向新分配并構(gòu)造的對象的指針；

delete sp；

實際上發(fā)生了兩件事：

1）對sp指向的對象運行適當?shù)奈鰳?gòu)函數(shù)；

2）通過調(diào)用名為operator delete的標準庫函數(shù)釋放該對象所占用的內(nèi)存。

C++中還有一些更加“原子”的做法.

下面的兩種方法來分配和釋放未構(gòu)造的原始內(nèi)存

1）allocator類，能夠針對某個類型進行內(nèi)存分配，該類支持一個抽象接口，以分配內(nèi)存并隨后使用該內(nèi)存保存對象；

2）標準庫中的operator new 和 operator delete，它們分配和釋放需要大小的原始的，未類型化的內(nèi)存；

下面的四種方法還提供不同的方法在原始內(nèi)存中構(gòu)造和撤銷對象

1）allocator類定義名為construct和 destroy的成員，construct成員在未構(gòu)造內(nèi)存中初始化對象，destroy成員在對象上運行適當?shù)奈鰳?gòu)函數(shù)；

2）placement new 表達式，接受指向未構(gòu)造內(nèi)存的指針，并在該空間初始化一個對象或是一個數(shù)組；

3）可以直接調(diào)用對象的析構(gòu)函數(shù)來刪除對象。運行析構(gòu)函數(shù)并不釋放對象所占有的內(nèi)存；

4）使用uninitialized_fill，uninitialized_fill_n 和uninitialized_copy,進行構(gòu)造或者拷貝構(gòu)造。

Vector類的部分實現(xiàn)

vector.h

template<typename T> class Vector{ public:     Vector():elements(0),first_free(0),end(0){}     void push_back(const T&);     //... private: 	static std::allocator<T> alloc; 	void reallocate(); 	T* elements; 	T* first_free; 	T* end; 	//... }

elements，指向數(shù)組第一個元素；

first_free，指向最后一個實際元素之后的元素；

end，指向數(shù)組最后一個元素。

Vector的size等于 first_free - elements;

Vector的capacity等于end - elements +1；

剩余的自由空間是 end - first_free.

還有兩個函數(shù)，push_back 用于vector中push元素，reallocate用于重新分配內(nèi)存。

push_back 函數(shù)的實現(xiàn)如下

template <typename T> void Vector<T>::push_back(const T& t) { 	if(first_free == end) 		reallocate(); 	alloc.construct(first_free,t); 	++first_free; }

高潮來了，reallocate函數(shù)！

先說明一下內(nèi)存擴張策略：每次重新分配時分配兩倍內(nèi)存，函數(shù)首先計算當前在用的元素數(shù)目，將該數(shù)目翻倍，并請求allocator對象來獲得所需數(shù)量的空間，如果Vector為空，就分配兩個元素。

這樣的策略平攤下來的時間復雜度是O (1).實現(xiàn)如下：

template <typename T> void Vector<T>::reallocate() { 	std::ptrdiff_t size  = first_free - elemens; 	std::ptrdiff_t newcapacity = a * max(size,1); 	 	T* newelements = alloc.allocate(newcapaciy); 	 	uninitialized_copy(elements, first_free, newelements); 	for(T *p = first_free; p != elements;) 		alloc.destroy(--p); 		 	if(elements) 		alloc.deallocate(elements, end-elements); 		 	elements = newelements; 	firts_free = elements + size; 	end = elements + newcapacity; }

for循環(huán)對舊數(shù)組中每個對象調(diào)用allocator的destroy成員，逆序銷毀元素，destroy調(diào)用T的析構(gòu)函數(shù)來釋放對象的資源；

一旦復制并析構(gòu)了元素，就釋放原來占用的空間，不過在deallocate之前，斌需檢查elements的合法性；

最后，并需重置指針以指向新分配并初始化的數(shù)組。

重載new/delete

       雖然C++標準庫已經(jīng)為我們提供了new與delete操作符的標準實現(xiàn)，但是由于缺乏對具體對象的具體分析，系統(tǒng)默認提供的分配器在時間和空間兩方面都存在著一些問題：分配器速度較慢，而且在分配小型對象時空間浪費比較嚴重，特別是在一些對效率或內(nèi)存有較大限制的特殊應用中。比如說在嵌入式的系統(tǒng)中，由于內(nèi)存限制，頻繁地進行不定大小的內(nèi)存動態(tài)分配很可能會引起嚴重問題，甚至出現(xiàn)堆破碎的風險；再比如在游戲設(shè)計中，效率絕對是一個必須要考慮的問題，而標準new與delete操作符的實現(xiàn)卻存在著天生的效率缺陷。此時，我們可以求助于new與delete操作符的重載，它們給程序帶來更靈活的內(nèi)存分配控制。除了改善效率，重載new與delete還可能存在以下兩點原因：

檢測代碼中的內(nèi)存錯誤。
獲得內(nèi)存使用的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

        相對于其他的操作符，operator new具有一定的特殊性，在多個方面上與它們大不相同。首先，對于用戶自定義類型，如果不重載，其他操作符是無法使用的，而operator new則不然，即使不重載，亦可用于用戶自定義類型。其次，在參數(shù)方面，重載其他操作符時參數(shù)的個數(shù)必須是固定的，而operator new的參數(shù)個數(shù)卻可以是任意的，只需要保證第一個參數(shù)為size_t類型，返回類型為void *類型即可。所以operator new的重載會給我們一種錯覺：它更像是一個函數(shù)重載，而不是一個操作符重載。

詳細請參考：effective C++ 33條