Классы – конструкторы и деструкторы

Операции new и delete

Выделение памяти под объекты некоего класса производится либо при создании переменных типа этого класса, либо с помощью операции new. Эти операции, как и другие операции класса, можно переопределить.

Прежде всего, рассмотрим модификацию операции new, которая уже определена в самом языке. (Точнее, она определена в стандартной библиотеке языка Си++.) Эта операция не выделяет память, а лишь создает объект на заранее выделенном участке памяти. Форма операции следующая:

new (адрес) имя_класса 
                (аргументы_конструктора)

Перед именем класса в круглых скобках указывается адрес, по которому должен располагаться создаваемый объект. Фактически, такая операция new не выделяет памяти, а лишь создает объект по указанному адресу, выполняя его конструктор. Соответственно, можно не выполнять операцию delete для этого объекта, а лишь вызвать его деструктор перед тем, как поместить новый объект на то же место памяти.

char memory_chunk[4096];
Book* bp = new (memory_chunk) Book;
. . .
bp->~Book();
Magazin* mp = new (memory_chunk) Magazin;
. . .
mp->~Magazin();

В этом примере никакой потери памяти не происходит. Память выделена один раз, объявлением массива memory_chunk. Операции new создают объекты в начале этого массива (разумеется, мы предполагаем, что 4096 байтов для объектов достаточно). Когда объект становится ненужным, явно вызывается его деструктор и на том же месте создается новый объект.

Любой класс может использовать два вида операций new и delete – глобальную и определенную для класса. Если класс и ни один из его базовых классов, как прямых, так и косвенных, не определяет операцию new, то используется глобальная операция new. Глобальная операция new всегда используется для выделения памяти под встроенные типы и под массивы (независимо от того, объекты какого класса составляют массив).

Если класс определит операцию new, то для всех экземпляров этого класса и любых классов, производных от него, глобальная операция будет переопределена, и будет использоваться new данного класса. Если нужно использовать именно глобальную операцию, можно перед new поставить два двоеточия ::new.

Вид стандартной операции new следующий:

class A
{
     void* operator new(size_t size);
};

Аргумент size задает размер необходимой памяти в байтах. size_t – это тип целого, подходящий для установления размера объектов в данной реализации языка, определенный через typedef. Чаще всего это тип long. Аргумент операции new явно при ее вызове не задается. Компилятор сам его подставляет, исходя из размера создаваемого объекта.

Реализация операции new, которая совпадает со стандартной, выглядит просто:

void*
A::operator new(size_t size)
{
     return ::new char[size];
}

В классе может быть определено несколько операций new с различными дополнительными аргументами. При вызове new эти аргументы указываются сразу после ключевого слова new в скобках до имени типа. Компилятор добавляет от себя еще один аргумент – размер памяти, и затем вызывает соответствующую операцию. Описанная выше модификация new, помещающая объект по определенному адресу, имеет вид:

void* operator new(void* addr, size_t size);

Предположим, мы хотим определить такую операцию, которая будет инициализировать каждый байт выделенной памяти каким-либо числом.

class A
{
   void* operator new(char init, size_t size);
};
void*
A::operator new(char init, size_t size)
{
     char* result = ::new char[size];
     if (result) {
          for (size_t i = 0; i < size; i++)
          result[i] = init;
     }
     return result;
}

Вызов такой операции имеет вид:

A* aptr = new (32) A;

Память под объект класса A будет инициализирована числом 32 (что, кстати, является кодом пробела).

Отметим, что если класс определяет хотя бы одну форму операции new, глобальная операция будет переопределена. Например, если бы в классе A была определена только операция new с инициализацией, то вызов

A* ptr = new A;

привел бы к ошибке компиляции, поскольку подобная форма new в классе не определена. Поэтому, если вы определяете new, определяйте все ее формы, включая стандартную (быть может, просто вызывая глобальную операцию).

В отличие от операции new, для которой можно определить разные модификации в зависимости от числа и типов аргументов, операция delete существует только в единственном варианте:

void operator delete (void* addr);

В качестве аргумента ей передается адрес, который в свое время возвратила операция new для данного объекта. Соответственно, для класса можно определить только одну операцию delete. Напомним, что операция delete ответственна только за освобождение занимаемой памяти. Деструктор объекта вызывается отдельно. Операция delete, которая будет вызывать стандартную форму, выглядит следующим образом:

void
A::operator delete(void* addr)
{
     ::delete [] (char*)addr;
}