Эффективное использование C++. 55 верных способов улучшить структуру и код ваших программ

Выравнивание важно, потому что C++ требует, чтобы все указатели, возвращаемые оператором new, были выровнены для любого типа данных. Функция malloc подчиняется этим же требованиям, поэтому использование указателя, возвращенного malloc, безопасно. Но в приведенном выше операторе new мы не возвращаем указатель, полученный от malloc, а возвращаем указатель, смещенный от возвращенного malloc на размер int. Нет никаких гарантий, что это безопасно! Если клиент вызовет оператор new, чтобы получить память, достаточную для размещения double (либо если мы напишем оператор new[] для выделения памяти под массив значений типа double), а потом запустим программу на машине, где int занимает 4 байта, а значения double должны быть выровнены по границам восьмибайтовых блоков, то, скорее всего, вернем неправильно выровненный указатель. Это может вызвать аварийную остановку программы. Или же просто замедлить ее работу. В любом случае, это совсем не то, что мы хотели.

Внимание к подобным деталям отличает менеджеры памяти профессионального качества от тех, что делают на скорую руку программисты, вынужденные отвлекаться на другие задачи. Написать собственный менеджер памяти, который почти работает, достаточно просто. Написать такой, который работает хорошо, намного сложнее. Вообще говоря, я не рекомендую заниматься этим делом, если только нет настоятельной потребности.

Во многих случаях ее нет. Некоторые компиляторы имеют переключатели, позволяющие отлаживать и протоколировать работу функций управления памятью. Поверхностное знакомство с документацией по вашему компилятору может исключить необходимость в написании собственных версий new и delete. На многих платформах доступны коммерческие продукты, позволяющие заменить функции управления памятью, поставляемые с компиляторами. Чтобы воспользоваться их расширенной функциональностью и (предположительно) повышенной производительностью, придется лишь заново компоновать программу (ну и, само собой, заплатить).

Другой вариант – менеджеры памяти с открытым кодом. Они есть для многих платформ, поэтому можете скачать и попробовать. Один из таких распределителей памяти с открытым кодом – библиотека Pool из проекта Boost (см. правило 55). Библиотека Pool предлагает распределители памяти, оптимизированные для использования в одной из наиболее часто встречающихся ситуаций, где может быть оказаться полезным нестандартный менеджер памяти: распределение памяти для большого количества мелких объектов. Во многих книгах по C++, включая и ранние редакции этой, приводится код высокопроизводительного распределителя памяти для мелких объектов, но часто опускаются такие «скучные» детали, как переносимость, соглашения о выравнивании, безопасность относительно потоков и т. п. В реальные библиотеки включен гораздо более устойчивый код. Даже если вы решите написать собственные new и delete, знакомство версий с открытым кодом, вероятно, даст вам понимание тех деталей, которые отличают «почти работающие» системы от действительно работающих. Выравнивание – одна из таких деталей. Стоило бы отметить, что в отчет TR1 (см. правило 54) включена поддержка для выявления требований выравнивания, специфичных для конкретного типа.

Тема настоящего правила – вопрос о том, когда имеет смысл подменять версии new и delete по умолчанию – на глобальном уровне или на уровне класса. Теперь мы можем ответить на этот вопрос более подробно.

• Чтобы обнаруживать ошибки использования (как было сказано выше).

• Чтобы собирать статистику об использовании динамически распределенной памяти (также было сказано выше).

• Для ускорения процесса распределения и освобождения памяти. Распределители общего назначения часто (хотя и не всегда) работают намного медленнее, чем оптимизированные версии, особенно если последние специально разработаны для объектов определенного типа. Специфичные для класса распределители являются примерами выделения блоков фиксированного размера, вроде тех, что представляет библиотека Pool из проекта Boost. Если ваше приложение однопоточное, но менеджер памяти, поставляемый с компилятором, по умолчанию потокобезопасный, то вы можете получить заметный рост производительности, написав менеджер памяти для однопоточных приложений. Конечно, прежде чем решить, что нужно переписывать операторы new и delete для повышения скорости, убедитесь с помощью профилирования, что эти функции действительно являются узким местом.