Effective C++ 学习笔记（三）资源管理

参考书籍《Effective C++：改善程序与设计的 55 个具体做法（第三版）》

13. 以对象管理资源

• 为什么要？

  • 对象很可能会被忘记 delete

• 示例

  • 使用智能指针 auto_ptr，智能指针在其析构函数里对 delete 所指对象（是否要考虑多个智能指针指向同一个对象，导致一个对象被 delete 多次？智能指针若通过 copy 构造函数或 copy assignment 操作符复制它们，它们会变成 null，而复制所得的指针将取得资源的唯一拥有权！即受 auto_ptrs 管理的资源必须绝对没有一个以上的 auto_ptr 同时指向它）

    Investment* createInvestment();
    
    void f()
    {
        std::auto_ptr<Investment> pInv(createInvestment());
        ...
    }   // pInv的析构函数里，会delete所指对象
    

  • 上面知道 auto_ptr 没办法做复制操作，如果真的需要做复制操作，auto_ptr 的替代方案是“引用计数型智能指针”（reference-counting smart pointer；RCSP）。所谓 RCSP 也是个智能指针，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。RCSPs 提供的行为类似垃圾回收（garbage collection），不同的是 RCSPs 无法打破环状引用（cycles of references，例如两个其实已经没被使用的对象彼此互指，因而好像还处在“被使用”状态）。

  RAII(Resource Acquisition IsInitialization)，即资源在构造期间获得，在析构期间释放。

  ■ 为防止资源泄漏，请使用 RAII 对象，它们在构造函数中获得资源并在析构函数中释放资源。

  ■ 两个常被使用的 RAII classes 分别是 tr1：：shared_ptr 和 auto_ptr。前者通常是较佳选择，因为其 copy 行为比较直观。若选择 auto_ptr，复制动作会使它（被复制物）指向 null。

14. 在资源管理类中小心 copying 行为

• 为什么要？

  • 有些情况下确实需要自己建立一个资源管理类，而不是使用 auto_ptr 和 shared_ptr。

    // RAII class
    class Lock{
    public:
        explicit Lock(Mutex* pm)
            : mutexPtr(pm) {
            lock(mutexPtr);
        }
        ~Lock() {
            unlock(mutexPtr);
        }
    private:
        Mutext* mutexPtr;
    };
    

• 示例

  • 如果复制动作对 RAII class 并不合理，你就应该禁止其的 copying 操作(copy 构造函数和 copy assignment 操作符)。根据条款 6，可以这样实现：

    class Lock : private Uncopyable{
        ...
    };
    

  • 有时候我们希望保有资源，直到它的最后一个使用者（某对象）被销毁，就可以使用所谓的“引用计数型智能指针” tr1::shared_ptr。

    class Lock{
    public:
        explicit Lock(Mutex* pm)
            :mutexPtr(pm, unlock)
            //shared_ptr允许自定义删除器，这里我们使用unlock作为删除器，即当引用次数为0时，会调用pm->unlock()
        {
            lock(mutexPtr.get());
        }
    private:
        std::tr1::shared_ptr<Mutex> mutexPtr;
    };
    

  • 复制 RAII 对象，同时也复制其所包覆的资源。也就是说，复制 RAII 对象时，进行“深度拷贝”。
  • 某些罕见场合下你可能希望确保永远只有一个 RAII 对象指向一个未加工资源（raw resource），复制时资源的拥有权应该从被复制物转移到目标物。这种行为可以由之前提到的 auto_ptr 所实现。

  ■ 复制 RAII 对象必须一并复制它所管理的资源，所以资源的 copying 行为决定 RAII 对象的 copying 行为。

  ■ 普遍而常见的 RAII class copying 行为是：抑制 copying、施行引用计数法（referencecounting）。不过其他行为也都可能被实现。

15. 在资源管理类中提供对原始资源的访问

• 为什么要？

  • 有许多 APIs 需要访问原始资源

    std::tr1::shared_ptr<Investment> pInv(createInvestment());
    
    int daysHeld(const Investment* pi);
    
    daysHeld(pInv); // 错误！需要Investment*，提供shared_ptr<Investment>
    

• 示例

  • 智能指针显式转换，tr1::shared_ptr 和 auto_ptr 提供 get 成员函数，返回智能指针内部的原始指针

    daysHeld(pInv.get())
    

  • 智能指针隐式转换，就像（几乎）所有智能指针一样，tr1::shared_ptr 和 auto_ptr 也重载了指针取值（pointerdereferencing）操作符（operator->和 operator*），它们允许隐式转换至底部原始指针：

    std::tr1::shared_ptr<Investment> pInv(createInvestment());
    bool taxable = !(pInv->isTaxFree());
    bool taxable = !(*(pInv).isTaxFree());
    

  • RAII class 提供对原始资源的访问

    class Font {
    public:
        explicit Font(FontHandle fh):f(fh){ }
        ~Font() { releaseFont(f)}
    
        FontHandle get() const {return f;}  // 提供显式转换函数
        operator FontHandle () const {return f;}   // 提供隐式转换函数
    private:
        FontHandle f;
    };
    
    Font f(getFont());
    changeFontSize(f.get(), newFontSize);
    FontHandle fh = f;  // 隐式转换隐患！
    

  ■ APIs 往往要求访问原始资源（raw resources），所以每一个 RAII class 应该提供一个“取得其所管理之资源”的办法。

  ■ 对原始资源的访问可能经由显式转换或隐式转换。一般而言显式转换比较安全，但隐式转换对客户比较方便。

16.成对使用new和delete时要采取相同形式

• 为什么要？

  std::string* stringArray = new std::string[100];
  delete stringArray; // 只delete了一个对象！
  

• 示例

  • 告诉delete指针指向的是对象数组

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

  ■ 如果你在new表达式中使用[]，必须在相应的delete表达式中也使用[]。如果你在new表达式中不使用[]，一定不要在相应的delete表达式中使用[]。

17.以独立语句将newed对象置入智能指针

• 为什么要？

  • 将new和智能指针语句合并作为函数实参时，可能发生资源泄露

    void processWidget(std::tr1::shared_ptr<Widget> pw, int priority);
    
    processWidget(std::tr1::shared_ptr<Widget>(new Widget), priority());
    

    当执行顺序为
    1. 执行new Widget
    2. 调用priority
    3. 调用shared_ptr的构造函数
    （C++函数参数核算的顺序是不固定的！）
    当调用priority()发生异常时，new Widget返回的指针将会遗失，造成资源泄露！

• 示例

  • 将newed对象放入智能指针的过程独立出来，在这里就是与函数调用分开来

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

  ■ 以独立语句将 newed对象存储于（置入）智能指针内。如果不这样做，一旦异常被抛出，有可能导致难以察觉的资源泄漏。