EffectiveC++ 第3章资源管理

2024-04-02 09:45:22

我根据自己的理解，对原文的精华部分进行了提炼，并在一些难以理解的地方加上了自己的“可能比较准确”的「翻译」。

Chapter 3 资源管理

条款13：以对象管理资源

有时即使你顺利地写了对应对象的delete语句，但是前面的区域可能会有一个过早的return语句或者抛出了异常.它们一旦执行,控制流绝不会触及delete语句,造成内存泄漏

事实上我们可以将需要的动态资源放进对象内，因为对象的析构函数会自动释放那些资源

c++对应的解决方案有 auto_ptr，也就是所谓的智能指针，它其实是类指针(pointer-like)对象，其析构函数自动对其所指对象调用delete，可一定程度地避免潜在的资源泄漏可能性

先假设一个名叫func的函数，它会new一个xx类型的对象并返回其指针，你可以这样使用auto_ptr :

std::auto_ptr<xx> pt(func());

这个简单例子示范两个关键想法：

---获得资源后立即放进管理对象；管理对象运用析构函数确保资源被释放---

由于auto_ptr被销毁会自动删除所指之物，所以注意别让多个auto_ptr同时指向一个对象。后果是对象很可能会被删除一次以上，那将使你的程序搭上驶向“未定义行为”的列车上。

为预防这个问题，auto_ptr有一个性质：若通过copying函数复制它们，它们会变成null，而复制所得指针将取得资源唯一拥有权：

std::auto_ptr<xx> pt1(func());

std::auto_ptr<xx> pt2(pt1); //现在pt2指向原本pt1所指对象，而pt1变成

//nullptr

pt1 = pt2; //现在pt1指向原本pt2所指对象，而pt2变成

//nullptr

可以看出auto_ptr的底层条件：受管理的资源必须绝对没有一个以上的auto_ptrs指向它。对于STL容器，这个特性不是很好。

替代方案是“引用计数型智能指针(reference-counting smart pointer)”，

shared_ptr

它其实也是一个智能指针，持续追踪共有多少对象指向某笔资源，::并在无人指向它时自动删除该资源。::

下面我们会将“引用计数型智能指针(reference-counting smart pointer)”的缩写RCSP来作为shared_ptr的别称。

对于RCSP，你可以这么写：std::shared_ptr<xx> pInv(func());

对于以下操作，RCSP相对于auto_ptr正常多了：

...

std::tr1::shared_ptr<xx> pInv1(func());

std::tr1::shared_ptr<xx>. pInv2(pInv1); //现在pInv2与1指向同一个对象

pInv1 = pInv2; //同上，无任何改变

...

//pInv1和pInv2被销毁后，它们所指的对象也就被自动销毁

综上，RCSP很适合STL容器的操作。

值得注意的是，auto和shared_ptr两者都在其析构函数内做delete而不是delete[]动作。这意味着在动态分配而得的array身上使用auto_ptr和tr1::shared_ptr是馊主意，然而这样会通过编译！

std::auto_ptr<std::string> aps(new std::string[10]);

std::tr1::shared_ptr<int> spi(new int[1024]);

条款14: 在资源管理类中小心copying行为

有可能你偶尔会发现，你需要建立自己的资源管理类

假设使用C API函数处理类型为Mutex的互斥器对象，共有lock和unlock两函数可用：

void lock(Mutek* pm); void unlock(Mutek* pm);

可能需要建立一个class来管理机锁:

class Lock{

public:

    explicit Lock(Mutex* pm)

        :mutexPtr(pm)

    { lock(mutexPtr); } //获得资源

    ~Lock() { unlock(mutexPtr); } //释放资源

private:

    Mutex* mutexPtr;

};

现在导入一个观念：

资源取得时机便是初始化时机(Resource Acquisition Is Initialization; RAII)

并以此作为“资源管理类的脊柱”

「客户」对Lock的用法符合RAII方式：

Mutex m; //定义需要的互斥器

...

{

    Lock ml(&m); //锁定互斥器

	  ...

    //在区块末尾解除锁定

}

此时假设Lock对象被复制：

Lock ml1(&m); 锁定m

Lock ml2(ml1); 将ml1复制到ml2身上，会发生啥？

大多数情况你会选择下面两种操作：

禁止复制. 许多时候允许RAII对象被复制并不合理，如果你发现不合理，就应该禁止之。

根据条款6，我们发现可以：将copying操作声明为private.对Lock而言看起来是这样：

class Lock: private Uncopyable{

public:

    …

};

对底层资源祭出“引用计数法”. 有时我们希望保有资源，直到它的最后一个使用者（某对象）被销毁。此时复制RAII对象时应将该资源的“被引用数”递增。也就是使用tr1::shared_ptr

通常只需内含一个tr1::shared_ptr成员变量，RAII classes便可实现出reference-counting copying行为.

存在一个问题：shared_ptr缺省行为是“当引用次数为0时删除所指物”，然而我们想要的动作是解除锁定而非剔除。

幸运的是tr1::shared_ptr允许指定所谓的“删除器(deleter)”——当引用次数为0时便被调用，它是一个函数或函数对象，对于指针是可有可无的第二参数:

class Lock{

public:

    explicit Lock(Mutex* pm)

        :mutexPtr(pm,unlock)

        {

            lock(mutexPtr.get()); //以后谈到“get”

		  }

private:

    std::tr1::shared_ptr<Mutex> mutexPtr;

};

注意，不再声明析构函数，因为没必要，编译器有缺省行为

条款15: 在资源管理器中提供对原始资源的访问

假设有这种情况：

使用RCSP智能指针保存factory函数的调用结果：

std::tr1::shared_ptr<Investment> pInv(createInvestment());

假设有一个函数处理investment对象：

int dayHeld(const Investment* pi); //返回投资天数

而你想这么调用：

int days = daysHeld(pInv);

这样通不过编译，因为即使pInv指向的是investment对象，但是pInv本身是类型为tr1::shared_ptr的对象

这时你需要一个函数来将RAII class对象(本例为tr1::shared_ptr) 转换为其内含原始资源(本例为Investment*)。

有两种办法：显式转换和隐式转换。

tr1::shared_ptr和auto_ptr都提供一个叫get的成员函数，用来执行显式转换，它将返回智能指针内部的原始指针的复件 :

int days = daysHeld(pink.get())

这两种指针还重载了指针取值操作符（operator->和operator*），这将允许隐式转换至原始指针：

class Investment{

public:

    bool isTaxFree() const;

};

...

std::tr1::shared_ptr<Investment> pInv(createInvestment());

bool ok = pInv->isTaxFree();

bool ok1 = *(pInv).isTaxFree();

...

很多传统的做法便是xx.get()来获取内部资源，如果这种操作很繁琐的话，有一种更轻松的做法（隐式转换）：

class XXX{

public:

    ...

    operator xxx() const    //隐式转换函数,xxx是返回类型

    { return f; }

    ...

};

比如某个函数参数原来得这么写

func(xx.get())

现在你可以写成func(xx)

但这种转换可能会引发错误：

假设类A里储存的是B类对象，当B类对象想拷贝一个A类对象时，却发生了隐式转换：

A obj(getA());

...

B obj2 = obj; //喔唷！原意是拷贝一个A对象，却将obj隐式转换为其底部的B对象了，然后再复制

很多时候显式转换更受欢迎

条款16: 成对使用new和delete时要采取相同形式

看一下这段代码：

std::string* stringArray = new std::string[100];

…

delete stringArray;

很明显此程序行为不明确。对象数组所含的100个string对象中的99

个不太可能被适当删除，因为它们的析构函数很可能没被调用。

delete最大的问题在于：::即将被删除的内存之内究竟有多少对象？::这个问题决定了有多少对象的析构函数必须被调用起来。

也就是， 即将被删除的指针，所指的是单一对象或对象数组？ 数组所用的内存通常还包括“数组大小”的记录，以便delete知道需要调用多少次析构函数。

所以记住，删除对象数组要用 delete[] xxx;

这种规则对typedef的使用也很重要：

typedef std::string AddressLines[4];

std::string* pal = new AddressLines;

此时AddressLines是一个数组，如果这样new：

std::string* pal = new AddressLines;

就必须匹配 delete[] pal

尽量不要对数组做typedef动作，你大可用STL中的vector等templates

条款17: 以独立语句将newed对象置入智能指针

假设有这样一个函数：

void process(std::tr1::shared_ptr<Widget> pw);

process将对传来的Widget对象运用智能指针

现在考虑调用函数：

process(new Widget);

嘿嘿，这是不能通过编译的。Widget对象需要被shared_ptr包装一下。因为tr1::shared_ptr构造函数需要一个原始指针(raw pointer)，但该构造函数是explicit的，无法隐式转换，可以这么写：

process(std::tr1::shared_ptr<Widget>(new Widget));//实际上仍有风险

假设process函数有第二个参数func()，它是一个函数的返回结果：

process(std::tr1::shared_ptr<Widget>(new Widget),func());

调用process之前，编译器必须创建代码，做以下三件事：

调用func()
执行”new Widget”
调用tr1::shared_ptr构造函数

对于c++，此行编译时，有可能编译器先执行”new Widget”操作：

执行”new Widget”
调用func()
调用tr1::shared_ptr构造函数

然而如果此时func()调用导致异常，”new Widget”返回的指针将会遗失，因为它尚未被置入tr1::shared_ptr内，这将引发资源泄漏。

我们可以使用分离语句，将异常干扰减小：

std::tr1::shared_ptr<Widget> pw(new Widget);

process(pw,func());

OVER

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