Mecanismos de copia en programación C++ con punteros elegantes

Mecanismos de copia

Uc3m Universidad Carlos III de Madrid Mecanismos de copia Programación en C++ Vol. 2 J. Daniel Garcia Universidad Carlos III de Madrid agosto de 2021 cc J. Daniel Garcia. ARCOS@uc3m - josedaniel. garcia@uc3m. es - Twitter: @jdgarciauc3m 1/28

Licencia Creative Commons

Uc3m Universidad Carlos III de Madrid Licencia Creative Commons Cc Este trabajo se distribuye bajo licencia Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0). Usted es libre de:

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cc J. Daniel Garcia. ARCOS@uc3m - josedaniel. garcia@uc3m. es - Twitter: @jdgarciauc3m 2/28

Copia por defecto

Uc3m Universidad Carlos III de Madrid

1. Copia por defecto
2. Constructor de copia
3. Operador de asignación de copia
4. Copia y punteros elegantes

DEE Das cc J. Daniel Garcia. ARCOS@uc3m - josedaniel. garcia@uc3m. es - Twitter: @jdgarciauc3m 3/28

Operaciones de copia generadas

Uc3m Universidad Carlos III de Madrid Operaciones de copia generadas Por cada tipo definido por el usuario se generan de forma automática dos operaciones de copia:

Construcción de copia

cc J. Daniel Garcia. ARCOS@uc3m - josedaniel. garcia@uc3m. es - Twitter: @jdgarciauc3m 4/28Mecanismos de copia Copia por defecto Uc3m Universidad Carlos III de Madrid Operaciones de copia generadas Por cada tipo definido por el usuario se generan de forma automática dos operaciones de copia: Construcción de copia. Ty; Tx{y}; // Construcción de copia. Iniciación directa. T x = y; // Construcción de copia. Iniciación de copia.

Asignación de copia

cc J. Daniel Garcia. ARCOS@uc3m - josedaniel. garcia@uc3m. es - Twitter: @jdgarciauc3m 4/28Mecanismos de copia Copia por defecto Uc3m Universidad Carlos III de Madrid Operaciones de copia generadas Por cada tipo definido por el usuario se generan de forma automática dos operaciones de copia: Construcción de copia. T y; Tx{y}; // Construcción de copia. Iniciación directa. T x = y; // Construcción de copia. Iniciación de copia. Asignación de copia. T x, y; x = y; // Asignación de copia

Implementación por defecto

Invocación (recursiva) de operaciones de copia para cada miembro. La copia de miembros tipos primitivos es la copia del valor. cc J. Daniel Garcia. ARCOS@uc3m - josedaniel. garcia@uc3m. es - Twitter: @jdgarciauc3m 4/28

Vector numérico

Uc3m Universidad Carlos III de Madrid Vector numérico vecnum.hpp #ifndef VECNUM_NOCOPY_VECNUM_HPP #define VECNUM_NOCOPY_VECNUM_HPP #include #include class vecnum { public: vecnum() : tamanyo_ {0}, buffer_ {nullptr} explicit vecnum(int n) : tamanyo_ {n}, buffer_ {new double[n] {}} {} vecnum(std::initializer_list l); ~vecnum() { delete[] buffer _; } [[nodiscard] int tamanyo( const { return tamanyo _; } . . . cbnd J. Daniel Garcia. ARCOS@uc3m - josedaniel. garcia@uc3m. es - Twitter: @jdgarciauc3m 5/28

Definición de vecnum

Uc3m Universidad Carlos III de Madrid Vector numérico vecnum.hpp . . . double operator[](int i) const { return buffer_[i]; } double & operator[] (int i) { return buffer_ buffer_[i]; private: int tamanyo _; double * buffer _; }; std :: ostream & operator << (std :: ostream & os, const vecnum & v); #endif// VECNUM_NOCOPY_VECNUM_HPP cc J. Daniel Garcia. ARCOS@uc3m - josedaniel. garcia@uc3m. es - Twitter: @jdgarciauc3m 6/28

Implementación de vector numérico

Uc3m Universidad Carlos III de Madrid Implementación de vector numérico vecnum.cpp #include "vecnum.hpp" #include vecnum::vecnum(std::initializer_list l) : tamanyo_ {static_cast(l.size())}, buffer_ {new double[tamanyo_] {}} { std::copy(l.begin(), l.end(), buffer_); } std :: ostream & operator << (std :: ostream & os, const vecnum & v) { if (v.tamanyo()>0) { os << v[0]; } for(int i=1; i

Uso de vecnum

Uc3m Universidad Carlos III de Madrid Usando vecnum main.cpp #include #include "vecnum.hpp" int main() { vecnum v1(5); v1[2] = 5.0; v1[4] = 3.5; vecnum v2 {v1}; std :: cout << "v1: (" << v1 << ")\n"; std :: cout << "v2: (" << v2 << ")\n"; return 0; } cc J. Daniel Garcia. ARCOS@uc3m - josedaniel. garcia@uc3m. es - Twitter: @jdgarciauc3m 8/28

Resultado de ejecución

Uc3m Universidad Carlos III de Madrid Usando vecnum main.cpp #include #include "vecnum.hpp" int main() { vecnum v1(5); v1[2] = 5.0; v1[4] = 3.5; vecnum v2 {v1}; std :: cout << "v1: (" << v1 << ")\n"; std :: cout << "v2: (" << v2 << ")\n"; return 0; } . Resultado de ejecución: v1: (0, 0, 5, 0, 3.5) v2: (0, 0,5,0,3.5) free(): double free detected in tcache 2 Abortado ( `core' generado) Problema: Doble liberación de memoria. cc J. Daniel Garcia. ARCOS@uc3m - josedaniel. garcia@uc3m. es - Twitter: @jdgarciauc3m 8/28

Valgrind y vecnum_nocopy

Uc3m Universidad Carlos III de Madrid $ valgrind ./vecnum_nocopy == 2710003 == Memcheck, a memory error detector == 2710003 == Copyright (C) 2002-2017, and GNU GPL'd, by Julian Seward et al. == 2710003 == Using Valgrind-3.15.0 and LibVEX; rerun with -h for copyright info == 2710003 == Command: . /vecnum_nocopy == 2710003 == v1: (0, 0, 5, 0, 3.5) v2: (0, 0, 5, 0, 3.5) == 2710003 == Invalid free() / delete / delete [] / realloc() == 2710003 == at 0x483D74F: operator delete [] (void*) (in /usr/lib/x86_64-linux-gnu/valgrind/ vgpreload_memcheck-amd64-linux. so) == 2710003 == by 0x1094BA: vecnum: :~ vecnum() (vecnum . hpp: 12) == 2710003 == by 0x109364: main (main.cpp:6) == 2710003 == Address 0x4dffc80 is 0 bytes inside a block of size 40 free'd == 2710003 == at 0x483D74F: operator delete [] (void*) (in /usr/lib/x86_64-linux-gnu/valgrind/ vgpreload_memcheck-amd64-linux. so) == 2710003 == by 0x1094BA: vecnum: :~ vecnum() (vecnum . hpp: 12) == 2710003 == by 0x109358: main (main. cpp: 10) == 2710003 == Block was alloc'd at == 2710003 == at 0x483C583: operator new [] (unsigned long) (in /usr/lib/x86_64-linux-gnu/valgrind/ vgpreload_memcheck-amd64-linux. so) == 2710003 == by 0x109455: vecnum : : vecnum(int) (vecnum. hpp: 10) == 2710003 == by 0x109295: main (main.cpp:6) == 2710003 == == 2710003 == HEAP SUMMARY : == 2710003 == in use at exit: 0 bytes in 0 blocks == 2710003 == total heap usage: 3 allocs, 4 frees, 73,768 bytes allocated $ cc J. Daniel Garcia. ARCOS@uc3m - josedaniel. garcia@uc3m. es - Twitter: @jdgarciauc3m 9/28

Análisis de Valgrind

Uc3m Universidad Carlos III de Madrid Analizando resultado de valgrind Run: vecnum_nocopy x › Console Valgrind v InvalidFree 1 warning > H vecnum.hpp 1 warning v Invalid free() / delete / delete[] / realloc() 1 warning 0x483D74F operator delete[](void*) 0x1094BA vecnum ::~ vecnum() vecnum.hpp:12 0x109364 main main.cpp:6 Address 0x4dffc80 is 0 bytes inside a block of size 40 free'd 0x483D74F operator delete[](void*) [0x1094BA vecnum ::~ vecnum() vecnum.hpp:12 0x109358 main main.cpp:10 Block was alloc'd at 0x483C583 operator new[](unsigned long) ī 0x109455 vecnum :: vecnum(int) vecnum.hpp:10 0x109295 main main.cpp:6 Resultado similar con Address Sanitizer. cc J. Daniel Garcia. ARCOS@uc3m - josedaniel. garcia@uc3m. es - Twitter: @jdgarciauc3m 10/28

Copia y liberación de memoria

Uc3m Universidad Carlos III de Madrid Copia y liberación Problema: Al realizar la copia, se ha copiado la dirección del array. Los dos vectores estan compartiendo el mismo array. Se está desasignando dos veces un mismo bloque de memoria. tam v1: 5 0.0 0.0 5.0 0.0 3.5 v2: 5 cc J. Daniel Garcia. ARCOS@uc3m - josedaniel. garcia@uc3m. es - Twitter: @jdgarciauc3m 11/28

Constructor de copia

Uc3m Universidad Carlos III de Madrid

1. Copia por defecto
2. Constructor de copia
3. Operador de asignación de copia
4. Copia y punteros elegantes

cc J. Daniel Garcia. ARCOS@uc3m - josedaniel. garcia@uc3m. es - Twitter: @jdgarciauc3m 12/28

Invocación del constructor de copia

Uc3m Universidad Carlos III de Madrid Constructor de copia El constructor de copia se invoca cuando se construye un objeto a partir de otro del mismo tipo. Toma un argumento referencia constante al tipo. vecnum(const vector &);

Supresión de la generación automática

cc J. Daniel Garcia. ARCOS@uc3m - josedaniel. garcia@uc3m. es - Twitter: @jdgarciauc3m 13/28Mecanismos de copia Constructor de copia Uc3m Universidad Carlos III de Madrid Constructor de copia El constructor de copia se invoca cuando se construye un objeto a partir de otro del mismo tipo. Toma un argumento referencia constante al tipo. vecnum(const vector &); Se puede suprimir la generación automática del constructor de copia. vecnum(const vecnum &) = delete;

Definiciones del tipo

cc J. Daniel Garcia. ARCOS@uc3m - josedaniel. garcia@uc3m. es - Twitter: @jdgarciauc3m 13/28Mecanismos de copia Constructor de copia Uc3m Universidad Carlos III de Madrid Constructor de copia El constructor de copia se invoca cuando se construye un objeto a partir de otro del mismo tipo. Toma un argumento referencia constante al tipo. vecnum(const vector &); Se puede suprimir la generación automática del constructor de copia. vecnum(const vecnum &) = delete; El constructor de copia se invocara en definiciones del tipo: vecnum w {v}; // Iniciación directa vecnum w(v); // Iniciación directa. Sintaxis tradicional. vecnum w = v; // Iniciación de copia. No es asignación. cc J. Daniel Garcia. ARCOS@uc3m - josedaniel. garcia@uc3m. es - Twitter: @jdgarciauc3m 13/28