【Effective C++】3. 资源管理

Item13 以对象管理资源

资源：

• 内存、文件描述符、互斥锁、数据库链接和网络socket等，用了需要还给操作系统
• 异常、函数多重返回路径和程序员不恰当的改动，会导致资源没有释放

考虑以下场景，delete都不会执行，资源都会泄漏，

• 如果在do_something过程出现return；
• 或者do_something过程抛出异常；
• 或者delete语句在循环内，被continue；

class Investment {...}; // 投资行为的父类
Investment* creatInvestment(); // 创建对象的工厂
void f() {
    Investment* pInv = creatInvestment();
    // do_something
    delete pInv;    
}

解决思路，以对象管理资源：

• 获得资源后立即放进管理对象内(RAII，Resource Acquisition Is Initialization)；
• 管理对象运用析构函数自动调用的机制确保资源被释放。

上述函数可以使用智能指针的方式修改

#include 
class Investment {};
Investment* creatInvestment() {
    return new Investment;
}
void f() {
    // std::auto_ptr pInv(creatInvestment()); // c++98标准
    std::shared_ptr pInv(creatInvestment());  // c++11标准
}


/*
 * auto_ptr 为了防止同一个对象被删除多次，通过拷贝和或者拷贝赋值，该指针会变为null
 * 与stl容器要求的正常复制行为不兼容
 * c++11 中unique_ptr会静止拷贝操作 
int main() {
    std::auto_ptr pInv1(creatInvestment());
    std::auto_ptr pInv2(pInv1); 
    if (pInv1.get() == nullptr) std::cout << "pInv1 is null\n";
    if (pInv2.get() != nullptr) std::cout << "pInv2 is not null\n";

    return 0;
}
*/

注意事项：不能用来管理动态分配的数组，因为底层调用的时delete，而不是delete []

int main() {
    std::shared_ptr aps(new std::string[10]);
    return 0;
}
/*
 * 报错内容
munmap_chunk(): invalid pointer
Aborted (core dumped)
*/

Item14 在资源管理类中小心copying行为

当一个RAII对象被复制，常用的处理方式：

• 禁止复制，如：std::unique_lock
• 对底层资源采用”引用计数法“：如：std::shared_ptr
  • 还可以指定自定义的删除函数

class newWidget { };
void customDeleter(newWidget* ptr) {
    std::cout << "Custom deleter is called" << std::endl;
    delete ptr;
}
std::shared_ptr ptr(new newWidget, customDeleter);

Item15 在资源管理类中提供对原始资源的访问

针对有些API需要访问原始资源的需求：

• 访问原始资源三种方式：pInv.get()、operator->和operator*；
• 自定义RAII对象可以提供显示转换函数和隐式转换（仿函数的方式）。

class FontHandle {};
FontHandle getFont() { 
    FontHandle fh;
    return fh;
}
class Font {
public:
    explicit Font(FontHandle fh) : f(fh) {}
    FontHandle get() const { std::cout << "显示转换\n"; return f; } 
    operator FontHandle() const { std::cout << "隐式转换\n"; return f; } 
private:
    FontHandle f;
};
void changeFontSize(FontHandle f) {}

int main() {
    // int days = daysHeld(pInv); // 编译失败
    int days = daysHeld(pInv.get());
    bool isTaxFree = pInv->isTaxFree(); 
    bool isTaxFree2 = (*pInv).isTaxFree();

    Font f1(getFont());
    changeFontSize(f1.get());
    Font f2(getFont());
    changeFontSize(f2);

    return 0;
}

Item16 成对使用new和delete时采用相同的形式

使用new动态生成一个对象，分为两个步骤：

1. 分配内存（调用operator new）
2. 在内存上调用构造函数

使用delete删除对象，也分为两个步骤：

1. 在内存上调用析构函数
2. 释放内存（调用operator delete）

• 使用delete删除对象需要知道内存中有多少个对象，决定了有多少个析构函数调用；
• 内存模型中需要保存一个变量记录数组大小，delete加上[]让编译器知道调用多少个析构函数

注意：不要对数组形式做typedef动作，很容易出现不对称的行为。

Item17 以独立语句将new对象放入智能指针

考虑以下场景：

class Widget {};
int priority() {return 0;}
void processWidget(std::shared_ptr pw, int priority) {}

int main() {
    // processWidget(new Widget, priority()); //  error: could not convert ‘(Widget*)operator new(1)’ from ‘Widget*’ to ‘std::shared_ptr’
    // processWidget(std::shared_ptr(new Widget), priority());
    // std::shared_ptr pw(new Widget);
    // processWidget(pw, priority());
    processWidget(std::make_shared(), priority());
    return 0;
}

processWidget函数可能的执行顺序（取决于编译器，保证1在3前面，2的执行顺序不确定）：

1. 执行 new Widget；
2. 调用 priority()；
3. 调用 std::shared_ptr 构造函数

当调用 priority() 发生异常，new Widget 返回的指针将丢失，资源不能被正确释放

解决方案：

• 以独立的语句将对象存储在智能指针内；
• C++11标准中可以使用 std::make_shared() 合并两个过程。