读书笔记_Effective C++_资源管理

旧城等待， 2022-08-08 05:17 154阅读 0赞

这个章节主要讲的是资源管理相关的知识，C++程序中最常使用的资源就是动态分配内存，但内存只是必须管理的众多资源之一，其他常见的资源还有文件描述器、互斥锁、图形界面的字型和笔刷、数据库连接、以及网络sockets。无论是哪一种资源，重要的是，当你不再使用它时，必须将它还给系统。

**条款十三**

Investment* createInvestment();     //返回指针，指向Investment继承体系内的动态分配对象，调用者有责任删除它

通常调用这种factory函数，都需要在恰当的时候释放了pInv所指对象。

void f()
    {
        Investment* pInv = createInvestment();
        ...
        delete pInv;
    }

当很多意外的情况就会导致pInv无法释放，为了确保这一点，需要将资源放进对象中，当控制流离开f，该对象的析构函数会自动释放那些资源(把资源放进对象内，可以依赖C++的析构函数确保资源被释放)。

void f()
    {
        std::auto_ptr<Investment> pInv(createInvestment());
        ...
    }

以对象管理资源的关键：  
(1)获得资源后立刻放进管理对象内；  
(2)管理对象运用析构函数确保资源被释放。

auto\_ptr被销毁的时候会自动销毁所指的对象，所以应该要注意别让多个auto\_ptr同时指向同一个对象。为了预防这个问题，auto\_ptrs有一个不寻常的性质：若通过copy构造函数或copy assignment操作符复制它们，它们就会变成null，而复制所得的指针将获得资源的唯一拥有权。

std::auto_ptr<Investment> pInv1(createInvestment());
    std::auto_ptr<Investment> pInv2(pInv1); // 现在pInv2指向对象，pIn1被设为null
    pInv1 = pInv2;  // 现在pInv1指向对象，pInv2被设为null

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，这样的话STL容器就不能存放auto\_ptr(STL容器要求其元素发挥正常的复制行为)。

而TR1的tr1::shared\_ptr就是个RCSP：

void f()
    {
        ...
        std::tr1::shared_ptr<Investment> pInv1(createInvestment());
    
        std::tr1::shared_ptr<Investment> pInv2(pInv1); // pInv1和pInv2指向同一个对象
        pInv1(pInv2);   // 同理
        pInv1 = pInv2;  // 同理
        ...
    }

所以tr1::shared\_ptr可被用于STL容器等语境上。

auto\_ptr和tr1::shared\_ptr两者都在其析构函数内做delete而不是delete\[\]动作，意味着动态分配而得的array是无法使用的。一般对于动态分配数组都是使用vector和string，当然使用了Boost程序库的话，可以用boost::scoped\_array和boost::shared\_array。

对于C++动态分配数组，没有类似auto\_ptr或tr1::shared\_ptr那样的东西，甚至TR1中也没有。因为vector和string几乎总是可以取代动态分配而得的数组，在Boost里面有boost::scoped\_array和boost::shared\_array\_classes。

**条款十四：在资源管理类中小心copying行为**

auto\_ptr和tr1::shared\_ptr可以很好地管理heap-based的资源，但是对于非heap-based的资源就需要自己建立管理类来进行管理。

例如我们使用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(Mutex* pm);   //锁定pm所指的互斥器
    void unlock(Mutex* pm); //将互斥器解除锁定

为了确保不会忘记把一个被锁住的Mutex解锁，我们需要建立一个类来管理锁。

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;
    };

目前的写法符合前一条的RAII方式，但如果Lock对象被复制要怎么处理？通常大家采用两种解决方案：

*  禁止复制：许多时候允许RAII对象被复制并不合理，所以应该像条款6一样直接禁止；
 *  对底层资源使用引用计数：可以使用自己的引用计数器，也可以使用标准库中的tr1::shared\_ptr，tr1::shared\_ptr可以指定deleter，可以是一个函数或函数对象，当引用次数为0时便被调用（这个机制并不存在auto\_ptr）。
    
        class Lock {
        public:
            explicit Lock(Mutex* pm) : mutexPtr(pm, unlock) {
                lock(mutexPtr.get());
            }
        private:
            std::tr1::shared_ptr<Mutex> mutexPtr;
        };
    
    这里就不要声明析构函数了，class析构函数会自动调用non-static成员变量的析构函数。
 *  复制底部资源：某些标准字符串类型是由“指向heap内存”之指针构成（那内存被用来存放字符串的组成字符）。这种字符串对象内含一个指针指向一块heap内存。当这样一个字符串对象被复制，不论指针或其所指内存都会被制作出一个复件。

Copying函数有可能被编译器自动创建出来，因此除非编译器所生版本做了你想要做的事，否则你得自己重写它们。

PS：  
注意“Lock(Mutex\* pm) : mutexPtr(pm)”的冒号声明，表示在调用Lock(Mutex\* pm)之前，先调用mutexPtr(pm)，这种写法强调了调用的时序。

**条款十五：在资源管理类中提供对原始资源的访问**

资源管理类是处理资源泄露的很好的设计模式，但是很多情况下类的APIs会直接指涉资源，这样的APIs会直接绕过资源管理对象直接访问原始资源。

例如：int daysHeld(const Investment\* pi);这样一个函数，int days = daysHeld(pInv);会显示编译错误，因为传递的是一个tr1::shared\_ptr对象。这个时候需要进行显示转换或隐式转换。

*  tr1::shared\_ptr和auto\_ptr都提供了一个get成员函数，用来执行显示转换，int days = daysHeld(pInv.get());
 *  tr1::shared\_ptr和auto\_ptr也重载了指针取值操作符（operator->和operator\*），它们允许隐式转换至底部原始指针。

我们在进行封装的时候也有类似的情况，可以提供一个显示的get转换函数，但是这也迫使了使用者每次调用API的时候都需要调用get。这是可以提供一个隐式的转换函数，使得调用更加轻松和自然。

class Font {
    public:
        ...
        operator FontHandle() const
        { return f; }
        ...
    };

对于许多设计良好的classes，它隐藏了使用者不需要看的部分，但备妥使用者需要的所有东西。

**条款十六：成对使用new和delete时要采取相同形式**

对于即将删除的那个指针，所指的是单一对象或对象数组？这是个必不可缺的问题，因为单一对象的内存布局一般而言不同于数组的内存布局。更明确地说，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。单一对象的内存则没有这笔记录。

![tmp][]

当你对一个指针使用delete，唯一能够让delete知道内存中是否存在一个“数组大小记录”的办法就是：由你来告诉它，即使用delete时加上中括号，delete便认定指针指向一个数组，否则它便认定指针指向单一对象。

这个规则对于喜欢使用typedef的人也很重要，因为它意味typedef的作者必须说清楚，当使用者以new创建该种typedef类型对象时，该以哪一种delete形式删除之。

**条款十七：以独立语句将newed对象置入智能指针**

假设我们有个函数用来揭示处理程序的优先权，另一个函数用来在某动态分配所得的Widget上进行某些带有优先权的处理：

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

现在调用processWidget，”processWidget(new Widget, priority());”，这样的调用形式是无法通过编译的。tr1::shared\_ptr构造函数需要一个原始指针，但该构造函数是个explict构造函数，无法进行隐式转换。可以写成这样”pricessWidget(std::tr1::shared\_ptr(new Widget), priority());”，然后这种写法可能会泄露资源。

编译器在产出一个processWidget调用代码之前，必须首先核算即将被传递的各个实参。在调用processWidget之前，编译器必须创建代码，做一下三件事：

*  调用priority
 *  执行“new Widget”
 *  调用tr1::shared\_ptr构造函数

C++编译器以什么样的次序完成这些事情呢？弹性很大，这和其他语言如Java和C\#不同，那两种语言总是以特定次序完成函数参数的核算。可以确定的是“new Widget”一定执行于tr1::shared\_ptr的构造函数被调用之前，因为这个表达式的结果还要被传递作为tr1::shared\_ptr构造函数的一个实参，但对priority的调用则可以排在第一或第二或第三执行。如果编译器选择以第二顺位执行它，最终获得这样的操作序列。

*  执行“new Widget”
 *  调用priority
 *  调用tr1::shared\_ptr构造函数

现在，如果对priority的调用导致异常，“new Widget”返回的指针将会遗失，因为它尚未被置入tr1::shared\_ptr内，后者是我们用来防止资源泄露的武器。在“资源被创建”和“资源被转换为资源管理对象”两个时间点之间可能发生异常干扰。

避免这类问题的办法很简单：使用分离语句，分别写出（1）创建Widget（2）将它置入一个智能指针内，然后再把那个智能指针传给processWidget。

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

编译器对于“跨越语句的各项操作”没有重新排列的自由（只有在语句内才拥有那个自由度）。

![haha][]

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