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Question

我尝试创建一些通用的create / delete函数，这些函数在普通new / delete函数不可用的嵌入式环境中使用，以及在分配内存时必须使用module_id的地方。

完整的代码可在以下网址查看：https://codereview.stackexchange.com/questions/33858/implementing-create-and-destroy-functions-to-replace-new-and-delete-oper

当使用多个固有类时，我在代码中发现了一个问题：

#include <stdlib.h>
#include <stdint.h>
#include <iostream>
#include <utility>
#include <new>

using namespace std;

template<typename T_, typename ...Args>
T_ *create(uint32_t module_id, Args&&... args) {
    // use module_id
    T_ *p = (T_ *)calloc(1, sizeof(T_));
    std::cout << "calloc: " << sizeof(T_) << " -> " << (void *)p << std::endl;
    if (p)
        new (p) T_(forward<Args>(args)...);
    return p;
}

template<typename T_>
void destroy(T_ *t) {
    if (!t)
        return;

    t->~T_();

    std::cout << "free: " << (void *)t << std::endl;
    free(t);
}

struct Foo {
    int i[128];
    virtual ~Foo() { }
};

struct Bar {
    int j[128];
    virtual ~Bar() { }
};

struct MyClass : public Foo, public Bar {
    int k[128];
    virtual ~MyClass() { }
};

#define MODULE_ID 42
int main() {
    MyClass *myclass = create<MyClass>(MODULE_ID);

    Bar *bar = myclass;

    // Error bar != myclass
    destroy(bar);
}

问题：如何修复/解决方法？该解决方案必须适用于使用gcc的Linux，并且最好也适用于具有clang

的Linux

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我相信下面的代码解决了我的问题，但有些细节可能仍然是错误的。另外，我想避免使用模板参数来解析module_id

#include <stdlib.h>
#include <stdint.h>
#include <iostream>
#include <utility>
#include <new>

using namespace std;

template<unsigned ID, typename T>
struct MyObjectWrapper : public T {
    template<typename ...Args>
    MyObjectWrapper(Args&&... args) : T(forward<Args>(args)...) { }

    void* operator new(std::size_t count) {
        void *p = calloc(1, sizeof(MyObjectWrapper<ID, T>));
        std::cout << "calloc: " << ID << " " <<
            sizeof(MyObjectWrapper<ID, T>) << " -> " << (void *)p << std::endl;
        return p;
    }

    void operator delete(void *p) {
        std::cout << "free: " << p << std::endl;
        free(p);
    }
};

template<unsigned ID, typename T_, typename ...Args>
T_ *create(Args&&... args) {
    return static_cast<T_ *>(new MyObjectWrapper<ID, T_>(
                forward<Args>(args)...));
}

template<typename T_>
void destroy(T_ *t) {
    delete /*static_cast<MyObjectWrapper<0, T_> *>*/(t);
}

struct Foo {
    int i[128];
    virtual ~Foo() { }
};

struct Bar {
    int j[128];
    virtual ~Bar() { }
};

struct MyClass : public Foo, public Bar {
    int k[128];
    ~MyClass() { }
};

#define MODULE_ID 42
int main() {
    MyClass *myclass = create<MODULE_ID, MyClass>();

    Bar *bar = myclass;

    // Error bar != myclass
    destroy(bar);
}

问题1：这是正确的

问题2：这可以做得更优雅吗？

问题3：我可以避免将module_id作为模板参数传递，我可以使用full来将变量设为module_id

问题4：MyObjectWrapper对象是否需要虚拟构造函数？我认为不需要

Answer 1

我建议使用附加参数（模块ID）创建一个包含operator new的基类。然后只需从中继承你的类

#include <stdlib.h>
#include <stdint.h>
#include <iostream>
#include <utility>
#include <new>

using namespace std;

struct SpeciallyAllocated
{
  // operator  new with additional parameter:
  void* operator new(size_t sz, uint32_t mod_id) 
  {
    cout<<" module_id alloacted:"<<mod_id;
        return calloc(1,sz);
  }

  // matching delete (actually is not invoked w/o exceptions):
  void operator delete(void* p,  uint32_t mod_id){}  

  // this one will be usually invoked:
  void operator delete(void* p){cout<<" object deleted"; free(p);}

  private:  // prohibit (for safety reasons) other forms of new-delete operators:

  void* operator new(size_t sz);
  void* operator new[](size_t sz);
  void operator delete[](void* p);
};


struct Foo: public SpeciallyAllocated{
    int i[128];
    virtual ~Foo() { cout<< " Foo destructed";  }
};

struct Bar: public SpeciallyAllocated {
    int j[128];
    virtual ~Bar() {{ cout<< " Bar destructed"; } }
};

struct MyClass : public Foo, public Bar {
    int k[128];
    virtual ~MyClass() { cout<< " MyClass  destructed"; }
};

#define MODULE_ID 42
int main() {
    MyClass *myclass = new(MODULE_ID) MyClass;

    Bar *bar = myclass;

    delete bar;
}

Answer 2

如果您可以使用智能指针而不是原始指针，则可以传递自定义删除器。

在此示例中，我使用了std::shared_ptr，但很容易将其更改为std::unique_ptr。

#include <stdlib.h>
#include <stdint.h>
#include <iostream>
#include <utility>
#include <new>
#include <memory>

using namespace std;

template<typename T_>
void destroy(T_ *t) {
    if (!t)
        return;

    t->~T_();

    std::cout << "free: " << (void *)t << std::endl;
    free(t);
}

template<typename T_, typename ...Args>
std::shared_ptr<T_> create(uint32_t module_id, Args&&... args) {
    // use module_id
    T_ *p = (T_ *)calloc(1, sizeof(T_));
    std::cout << "calloc: " << sizeof(T_) << " -> " << (void *)p << std::endl;
    if (p)
        new (p) T_(forward<Args>(args)...);
    return std::shared_ptr<T_>(p,destroy<T_>);
}

struct Foo {
    int i[128];
    virtual ~Foo() { }
};

struct Bar {
    int j[128];
    virtual ~Bar() { }
};

struct MyClass : public Foo, public Bar {
    int k[128];
    virtual ~MyClass() { }
};

#define MODULE_ID 42
int main() {
    auto myclass = create<MyClass>(MODULE_ID);

    Bar *bar = myclass.get();
}

如果不允许这样做，我发现您创建的CRTP包装器没有任何问题。

Answer 3

这可能稍微偏离主题，但您也可以考虑完全符合您要求的现成组件。

为什么要自己实现它然后不保留任何接口？所有std容器都允许您将自定义分配器传递给它们。如果你想使用std::vector这样的内容，那么使用allocator concept可能会派上用场。

此外，还提升了Pool，它允许您进行池分配，您可以使用singleton pool并使用固定大小的自定义分配器。为了处理不同的对象大小，通常使用不同的池来避免碎片。

还有像jemalloc和tcmalloc这样的内存分配器，它们试图通过按大小分配分配来避免锁定和碎片，因此查看代码可能会引起关注，即使使用它们不是选项。

关于您的代码：我认为代码运行正常，但对界面的更改将大大提高性能。此外，您使用malloc替换calloc使用单独的对象，例如allocator，其中包含所有相同大小的实例的内存。在重载的新运算符中询问该对象的内存。因为你在嵌入式系统上，你应该知道代码最多会有多少实例，你应该能够根据它调整分配器的大小。您需要一些方法来跟踪allocator中的哪些对象实际上正在使用，哪些不是。 bitvector可能足以保留此信息。如果你能阅读德语scott meyers slides for embedded C++ (free)可能会有所帮助。它们也可以在english (not free)中找到。

如何查找继承类的分配地址

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3 个答案: