3 资源管理
文章目录
- 0. 前言
- 13. 以对象管理资源
- 13.1 借助C++的析构函数调用机制
- 13.2 智能指针
- 13.3 小结
- 14. 在资源管理类中小心 coping 行为
- 14.1 小心拷贝（coping）行为
- 14.2 小结
- 15. 在资源管理类中提供对原始资源的访问
- 15.1 两种方法提供对原始资源的访问
- 15.2 小结
- 16. 成对使用 new 和 delete 要采取相同形式
- 16.1 new 对 delete，new [] 对 delete []
- 16.2 小结
- 17. 以独立语句将 newed 对象放入智能指针
- 17.1 C++ 函数调用的弹性次序
- 17.2 小结
0. 前言
C++ 程序最常使用的就是动态分配内存，并且同时还要管理文件描述符、互斥锁、sockets等等资源。不论哪一种资源，当程序不再使用时，必须归还给系统。
而在繁冗复杂的系统中，难以做到每一步都在意料之中。
因此，需要遵守某些资源管理方法，这样几乎可以消除资源管理可能出现的问题。
13. 以对象管理资源
13.1 借助C++的析构函数调用机制
class Tree { ... }; // 继承体系的基类
Tree* Tree::createTree(); // 通过工厂函数返回一个派生类对象的指针，
// 一旦调用者拿到了指针，就要负责删除它
void func()
{
Tree* pTree = createTree(); // 调用工厂函数
... // 注意！控制流在这里可能提前return！！！
delete pTree; // 显式释放pTree所指对象
// 这简直是对“内存泄漏”的死亡邀约。。。
}
如上，func() 经过长期的迭代更新，控制流可能根本不会到达 delete pTree; 或者在中间抛出了异常，那么 pTree 所指资源就未被释放。
为此，借助「C++的析构函数调用机制」即可巧妙地确保资源被释放。对象离开其作用域时，析构函数会被自动调用。
// 以对象管理资源，离开func()时，auto_ptr的析构函数被调用，实现自动删除pTree
void func()
{
std::auto_ptr<Tree> pTree(createTree());
...
}
借助对象管理资源有两个核心思想：
- 获得资源后立刻放入一个管理对象内。也就是“获取资源时机就是初始化时机”（Resource Acquisition Is Initialization，RAII）
- 管理对象运用析构函数确保资源释放。无需关心控制流，只要对象离开作用域，析构函数就会被调用，于是资源被释放。
13.2 智能指针
在C++中， auto_ptr 即可实现这一功能。然而多个 auto_ptr 并不能指向同一个对象，否则其他 auto_ptr 都会被设为 null。
采用“引用计数智能指针”（reference-counting smart pointer，RCSP）代替 auto_ptr，可以多个 shared_ptr 指向同一个对象。
然而 shared_ptr 无法解决循环引用，为此，又可以使用 weak_ptr 代替 shared_ptr。
很多情况下，需要编程人员自行编写资源管理类（resource-managing classes），不能只依赖于智能指针。
13.3 小结
- 为防止资源泄漏，请使用 RAII 对象，它们在构造函数获得资源，并在析构函数释放资源。
- C++ 内置的RAII对象有
auto_ptr和shared_ptr以及weak_ptr。
14. 在资源管理类中小心 coping 行为
14.1 小心拷贝（coping）行为
根据RAII对象设计思想，可以简单地写出这样的资源管理类：
// 定义资源管理类 Lock
class Lock {
public:
explict Lock(Mutex* pm) : mutexPtr(pm) { lock(mutexPtr); } // 构造函数，获得互斥锁资源
~Lock() { unlock(mutexPtr); } // 析构函数，释放资源
private:
Mutex *mutexPtr;
};
// 使用资源管理类 Lock 来管理对象
Mutex m;
...
{
Lock m1(&m); // 锁定互斥锁，借助 RAII 对象
... // 执行一些操作
} // 离开作用域（关键代码段、临界区）后，自动解除互斥锁
这样的RAII对象简单而有效，但如果RAII对象被复制该怎么办？
[1].禁止复制
有些RAII对象的复制逻辑并不合理，比如 Lock， 因此禁用复制是可取的做法。
在前面的条款6已经提到过，让资源管理类继承 class Uncopyable ，class Uncopyable 的拷贝构造函数和赋值运算符都被声明为 private。
class Lock : private Uncopyable { // 禁止复制的 class
...
}
[2].引用计数法
引用计数都是针对某个对象的，提到引用计数时指的是「指向的对象的引用计数」。
- 创建新对象时，引用计数置1
- 拷贝构造函数中，当对象作为另一个对象的副本时，副本指针的引用计数加1
- 赋值运算符中，左操作数所指对象引用计数减1，如果减1后引用计数为0，则释放指针所指对象内存；然后右操作数所指对象的引用计数加1
- 调用析构函数时，引用计数减1，如果减至0则delete对象
[3].深拷贝
有时，复制成员指针时，同时将指针所指内存被复制，即深拷贝。
[4].转移底部资源拥有权
有时，可能希望永远只有一个RAII对象指向某个原始资源。即使被复制时也如此，复制会使得拥有权从被复制对象转移到目标对象，比如 auto_ptr。
14.2 小结
- 复制 RAII 对象时必须同时复制它所管理的资源，所以资源的 copying 行为决定了 RAII 对象的 copying 行为。
- 常见的 copying 行为有：禁止复制，引用计数法，另外深拷贝和转移底部资源拥有权也有可能需要实现。
15. 在资源管理类中提供对原始资源的访问
15.1 两种方法提供对原始资源的访问
RAII 对象的存在是为了管理资源，而不是封装资源，因此在资源管理类中提供对原始资源的访问是符合设计逻辑的。
有两种方法提供对原始资源的访问：
-
get 成员函数
显式转换，简单有效，也是最常见的，只不过使用时需要频繁调用get()比较麻烦 -
隐式转换函数
隐式转换，很巧妙的设计，但这种接口容易被误用
class Font {
public:
operator FontHandle() const // 隐式转换函数
{ return f; } // Font对象作为函数参数时，会隐式转换成FontHandle对象
private:
FontHandle f;
};
15.2 小结
- API 往往要求访问原始资源，每个 RAII 类都应提供对原始资源的访问。
- 显式转换和隐式转换都可以实现对原始资源的访问，显式转换比较安全，但隐式转换比较方便。
16. 成对使用 new 和 delete 要采取相同形式
16.1 new 对 delete，new [] 对 delete []
使用 delete [] 相当于告诉编译器要释放的内存是一块数组内存，那么编译器就会多次调用对应次数的析构函数，逐个释放对象；
而使用 delete 只会删除一个对象，不要混用。
因此，也不建议对数组进行 typedef，容易让人混淆，请直接使用 STL 库提供的 vector 等等：
typdef std::string AddressLines[4];
std::string* pal = new AddressLines; // 看似用delete就可以删除，而实际上这是个数组，
// 需要用delete []进行删除
16.2 小结
- 如果
new使用了[]，那么delete也要使用[]。
如果new没有使用[]，那么delete也不要使用[]。
17. 以独立语句将 newed 对象放入智能指针
17.1 C++ 函数调用的弹性次序
考虑一个复合语句，在函数的实参内调用原始资源的 new 操作，并放入智能指针内：
processWidget(std::tr1::shared_ptr<Widget>(new Widget), priority());
看似天衣无缝，调用步骤如下：
- 调用
priority() - 执行
new Widget - 调用
tr1::shared_ptr构造函数
然而实际上并不总是这样，C++ 编译器的执行次序弹性很大，并不能保证总是按照这个顺序执行下去。
因此，假如调用步骤变成这样：
- 执行
new Widget - 调用
priority() - 调用
tr1::shared_ptr构造函数
万一 priority 函数内发生了异常，那么 new Widget 返回的指针就遗失了。
我们用以防卫资源泄漏的武器，竟然在函数调用过程中可能发生资源泄漏？！
解决方法很简单，把 new Widget 放入独立语句内，避免C++ 编译器的弹性调用顺序：
std::tr1::shared_ptr<Widget> pw(new Widget); // 放入独立语句内
processWidget(pw, priority());
17.2 小结
- 用独立语句执行原始资源的
new操作和把newed对象置入智能指针内的操作，不要用复合语句。因为C++的函数调用次序是弹性的，它并不总是像表面看上去那样。