223
Дескрипторы, повсюду дескрипторы
Одна из стратегий уплотнения и сборки мусора в С++, которая заимствует кое-что из динамических языков — ссылаться на все объекты только через дескрипторы.
class Foo { |
|
private: |
|
H<Bar> bar; |
// Дескриптор Bar |
public: |
|
H<Bar> GetBar() { return bar; }
};
Здесь H — шаблон дескриптора (вроде тех, которые мы рассматривали в предыдущих главах). Каждый H<Bar> представляет собой умный указатель на ведущий указатель на Bar. Функции, косвенно открывающие переменные класса (такие как GetBar()), возвращают копию дескриптора. Все ведущие указатели (по крайней мере, в этой версии) живут в специальном пространстве памяти, поэтому найти их несложно.
Ниже описывается одна из несложных реализаций уплотнения с применением дескрипторов. Конечно, возможны и другие варианты.
Общее описание архитектуры
Вобщих чертах наша архитектура строится на следующих принципах:
•Поскольку различные типы объединяются в один набор ведущих указателей, мы воспользуемся абстрактным базовым классом VoidPtr для ведущих указателей. Конкретные ведущие указатели будут создаваться по шаблону, производимому от этого базового класса.
•Ведущие указатели находятся в специальном пространстве, обеспечивающем простой перебор указателей.
•Каждый ведущий указатель обеспечивает подсчет ссылок и удаляет себя, когда счетчик переходит от 1 к 0. В свою очередь, его деструктор вызывает деструктор указываемого объекта и, в зависимости от используемых алгоритмов, пытается (или не пытается) вернуть занимаемую объектом память.
•Во всех переменных классов и обычных переменных используются дескрипторы ведущих указателей вместо прямых указателей на другие объекты.
•Память возвращается лишь в процессе уплотнения управляемой части кучи. Иначе говоря, если нам понадобится больше памяти, мы начинаем спускать активные объекты вних по куче, чтобы освободить место наверху. Выделение памяти всегда происходит снизу вверх.
Описана лишь одна из возможных архитектур уплотнения. Мы не пытаемся ни решить проблемы зацикливания, ни удалить объекты, ставшие недоступными, но еще не удаленные. Об этом речь пойдет в следующей главе.
Ведущие указатели
Как и во многих других стратегиях управления памятью, нам придется хранить множество различных ведущих указателей в одной структуре с возможностью перебора. Напрашивается общий абстрактный базовый класс для всех ведущих указателей. К нашим ведущим указателям предъявляются следующие требования:
1. Ведение счетчика ссылок.
2.Хранение их в специальном пространстве памяти с поддержкой перебора.
3.Вызов деструктора указываемого объекта в деструкторе указателя. В зависимости от используемого алгоритма сборки мусора мы одновременно пытаемся (или не пытаемся) вернуть занимаемую объектом память. В нашем примере не стоит беспокоиться о возврате памяти объекта.
224
Базовый класс VoidPtr
Ниже показан абстрактный базовый класс, удовлетворяющий этим требованиям.
class VoidPtrPool; |
// Используется для создания, уничтожения |
|
// и перебора VoidPtr |
class VoidPtr { |
|
friend class VoidPtrPool; |
|
private: |
|
unsigned long refcount; // Счетчик ссылок |
|
protected: |
|
void* address; |
// Адрес указываемого объекта |
size_t size; |
// Размер указываемого объекта в байтах |
VoidPtr() : address(NULL), size(0), refcount(0) {}
VoidPtr(void* adr, size_t s) : address(adr), size(s), refcount(0) {} public:
static VoidPtrPool* pool;
virtual ~VoidPtr() { size = 0; address = NULL; } void* operator new(size_t)
{
if (pool == NULL)
pool = new VoidPtrPool; return pool->Allocate();
}
void operator delete(void* space)
{ pool->Deallocate((VoidPtr*)space); } void Grab() { refcount++; }
void Release()
{
if (refcount > 0) refcount--; if (refcount <= 0) delete this;
}
};
Шаблон ведущего указателя
Наш ведущий указатель представляет собой шаблон, производный от VoidPtr. Он существует в основном для того, чтобы реализовать оператор -> и виртуальный деструктор, который знает, какой деструктор должен вызываться для указываемого объекта. Я решил запретить копирование и присваивание. При копировании дескриптора должен копироваться адрес ведущего указателя, а не сам ведущий указатель или указываемый объект. Следовательно, нет особой необходимости поддерживать копирование и присваивание для ведущих указателей. Как обычно, существует множество вариаций на тему конструкторов. В данном случае я выбрал ту, в которой конструктор ведущего указателя создает указываемый объект.
template |
<class Type> |
class MP |
: public VoidPtr { |
private: |
// Чтобы запретить копирование и присваивание |
MP(const MP<Type>&) {}
MP<Type>& operator=(const MP<Type>&) { return this; } public:
MP() : VoidPtr(new Type, sizeof(Type)) {}
virtual ~MP() { ((Type*)address)->Type::~TypeOf(); }
225
Type* operator->() { return (Type*)address; }
};
Шаблон дескриптора
Это уже знакомый нам шаблон дескриптора с подсчетом ссылок из предыдущей главы.
template <class Type> class Handle { private:
MP<Type>* pointer; public:
Handle() : pointer(new MP<Type>) { pointer->Grab(); } Handle(const Handle<Type>& h) : pointer(h.pointer)
{ pointer->Grab(); }
Handle<Type>& operator=(const Handle<Type>& h)
{
if (this == &h) return *this;
if (pointer == h.pointer) return *this; pointer->Release();
h.pointer->Grab(); return *this;
}
MP<Type>& operator->() { return *pointer; }
};
В программе он используется для переменных, ссылающихся на объекты.
class Bar { |
|
private: |
|
H<Foo> foo; |
|
public: |
|
void f(); |
|
}; |
|
void Bar::f() |
|
{ |
|
Handle<Foo> f; |
// Эквивалентно Foo* f = new Foo; |
f = foo; |
// Использует operator=(Handle<Type>(foo)); |
foo = f; |
// Использует оператор H<Type>(f) |
} |
|
Пул ведущих указателей
Простоты ради мы предположим, что классы, производные от VoidPtr, совпадают по размеру с самим VoidPtr; иначе говоря, в них не добавляются новые переменные. Наша задача упрощается; VoidPtrPool теперь может быть простым связанным списком массивов VoidPtr. Структура массива называется VoidPtrBlock.
struct VoidPtrBlock { |
|
|
VoidPtrBlock* next; |
// Следующий блок в списке |
|
VoidPtr slots[BLOCKSIZE]; |
// Массив позиций |
|
VoidPtrBlock(VoidPtrBlock* next_in_list) : next(next_in_list)
{
// Организовать новые позиции в связанный список for (int i = 0; i < BLOCKSIZE - 1; i++)
226
slots[i].address = &slots[i + 1]; slots[BLOCKSIZE - 1].address = NULL;
}
~VoidPtrBlock() { delete next; }
} |
|
|
class VoidPtrPool { |
|
|
private: |
|
|
VoidPtr* free_list; |
// Список свободных VoidPtr |
|
VoidPtrBlock* block_size; |
// Начало списка блоков |
|
public:
VoidPtrPool() : block_list(NULL), free_list(NULL) {} ~VoidPtrPool() { delete block_list; }
VoidPtr* Allocate();
void Deallocate(VoidPtr* vp);
};
VoidPtr* VoidPtrPool::Allocate()
{ |
|
if (free_list == NULL) |
// Выделить дополнительный блок |
{ |
|
block_list = new VoidPtrBlock(block_list); // Добавить в список
block_list->slots[BLOCKSIZE – 1].address = free_list; free_list = &block_list->slots[0];
}
VoidPtr* space = (VoidPtr*)free_list; free_list = (VoidPtr*)space->address; return space;
}
void VoidPtrPool::Deallocate(VoidPtr* p)
{
vp->address = free_list;
free_list = (VoidPtr*)vp->address; vp->size = 0;
}
В общем, ничего хитрого. При выделении нового блока мы организуем его позиции связанный список и водружаем поверх списка свободных указателей. Если список свободных указателей пуст, а нам потребовался еще один ведущий указатель, мы выделяем новый блок, а затем берем указатель из списка свободных, в котором к этому времени появились вакансии.
Итератор ведущих указателей
Для перебора всех ведущих указателей мы создадим класс итератора с именем VoidPtrIterator. VoidPtrPool возвращает итератор, перебирающий все активные указатели (то есть все указатели, не присутствующие в списке свободных). Он будет объявлен как чисто абстрактный базовый класс, поскольку в следующей главе тот же интерфейс будет использован для перебора указателей, внедренных в объекты.
class VoidPtrIterator { protected:
VoidPtrIterator() {} public:
virtual bool More() = 0;