C++常见问题总结_拷贝控制和资源管理

男娘i 2022-05-23 11:04 202阅读 0赞

通常，管理类外资源的类必须定义拷贝控制成员。为了定义这些成员，我们首先必须确定此类型对象的拷贝语义。一般有两种选择：使类的行为看起来像一个值或者像一个指针。

**行为像值的类**  
类的行为像一个值，意味着它应该有自己的状态。当我们拷贝一个像值的对象时，副本和源对象是完全独立的。改变副本不会对原对象有任何影响。如标准库类型中string  
1、定义一个类值行为的类

#include<iostream>
    #include<string>
    
    using namespace std;
    
    class hasptr
    {
    public:
        hasptr(const string &s = string()) :
            ps(new string(s)) ,i(0) {}
        hasptr(const hasptr &p) :                       //拷贝构造函数
            ps(new string(*p.ps)), i(p.i) {}
        hasptr& operator=(const hasptr&);               
        hasptr& operator=(const string&);               //拷贝赋值运算符
        string& operator*();                            // 重载解引用
        ~hasptr();
    private:
        string *ps;
        int i;
    };
    
    hasptr::~hasptr()
    {
        delete ps;
    }
    
    inline hasptr& hasptr::operator=(const hasptr&rhs)
    {
        auto newps = new string(*rhs.ps);
        delete ps;
        ps = newps;
        i = rhs.i;
        return *this;
    }
    
    hasptr& hasptr::operator=(const string& rhs)
    {
        *ps = rhs;
        return *this;
    }
    string& hasptr::operator*()
    {
        return *ps;
    }
    
    int main()
    {
        hasptr h("hi mom!");
        hasptr h2(h);
        hasptr h3 = h;                                  //行为类值，指向不同部分，互不影响
        h2 = "hi,dad!";
        h3 = "hi,son!";
        cout << "h: " << *h << endl;           
        cout << "h2: " << *h2 << endl;
        cout << "h3: " << *h3 << endl;
        getchar();
    }

![这里写图片描述][70]  
对于上面例子的说明：

*  定义拷贝构造函数时，是对string的拷贝，而不是对指针的拷贝。
 *  类值行为的拷贝赋值运算符，通常综合了析构函数和构造函数的操作。赋值操作会销毁左侧运算对象的资源，并且类似于拷贝构造函数，赋值操作会从右侧运算对象拷贝数据。**最重要的是：这些操作要以正确的顺序执行，即将一个对象赋予它自身，赋值运算符可以正常工作，自赋正确。如以下就是错误的：**

//此时不能将一个对象赋予它自身
    inline hasptr& hasptr::operator=(const hasptr&rhs)
    {
        delete ps;
        auto newps = new string(*rhs.ps);
        ps = newps;
        i = rhs.i;
        return *this;
    }

**行为像指针的类**  
行为像指针的类共享状态，当我们拷贝一个这种类对象时，副本和原对象使用相同的底层数据。改变副本也会改变原对象。例如在[动态内存][Link 1]中讲到的shared\_ptr类就是。  
1、定义一个行为像指针的类

#include<string>
    #include<iostream>
    
    using namespace std;
    
    class hasptr {
    public:
        hasptr(const string &s = string()) :
            ps(new string(s)), i(0), use(new size_t(1)) {}
    
        hasptr(const hasptr&p) :
            ps(p.ps), i(p.i), use(p.use) {
            ++*use;
        }
        hasptr& operator=(hasptr&);
        hasptr& operator=(const string&);
        string& operator*();
        ~hasptr();
    private:
        string *ps;
        int i;
        size_t *use;                          //引用计数类似shared_ptr，用来记录有多少成员共享*ps的成员
    };
    
    hasptr::~hasptr()                        
    {
        if (--*use == 0)                     //如果引用计数变为0，就释放对应的内存
        {
            delete ps;
            delete use;
        }
    }
    
    hasptr& hasptr::operator=(hasptr& rhs)
    {
        ++*rhs.use;//应该放这里，处理自赋值
        if (--*use == 0)
        {
            delete ps;
            delete use;
        }
        ps = rhs.ps;
        i = rhs.i;
        use = rhs.use;
        return *this;
    }
    
    hasptr& hasptr::operator=(const string&rhs)
    {
        *ps = rhs;
        return *this;
    }
    
    string& hasptr::operator*()
    {
        return *ps;
    }
    
    int main()
    {
        hasptr h("hi,mom!");
        hasptr h2 = h;     //未分配新string，h2和h指向相同的string
        h = "hi,dad!";
        cout << "h:" << *h << endl;
        cout << "h2:" << *h2 << endl;
        getchar();
    }

![这里写图片描述][70 1]  
由上面结果可以看到h和h2指向相同的string。

对于上数例子的说明：

*  我们定义其拷贝构造函数和拷贝赋值运算符时，拷贝的是指针成员本身，而不是他指向的内容。
 *  我们的析构函数中不能单方面的释放所关联的对象。只有当最后一个指向对象的销毁时才可以释放string，在这里我们学习shared\_ptr中，使用一个引用计数来记录有多少个用户指向共享的对象，当引用计数变为0时，才会释放所关联的内存。
 *  引用计数

--------------------

1、在我们创建对象时，构造函数除了初始化每个对象，还要创建一个引用计数，记录多少个对象来共享内容
    2、拷贝构造函数不会分配新的计数器，而是拷贝给定的数据成员，包括计数器，并且会递增计数器的值。
    3、析构函数递减计数器，当计数器的值变为0时，析构函数会释放对应的关联内存。
    4、拷贝赋值运算符，递减左侧运算对象计数器，递增右侧运算对象计数器，如果左侧运算对象的计数器值变为0，就必须释放对应的内存。

--------------------

然而引用计数应该存放在哪里？  
对于这个问题，假如计数器直接作为hasptr对象的成员：

hasptr p1("hai");
    hasptr p2(p1);
    hasptr p3(p1);
    /*当我们创建p3时我们可以递增p1中的计数器的值，并且将其拷贝到p3中，这时我们没办法更新p2中的计数器*/

我们将计数器的值保存在动态内存中，当创建一个对象时，我们也分配一个新的计数器。当拷贝和赋值对象时，我们拷贝指向计数器的指针，使原对象和副本都会指向相同的计数器。

**交换操作**  
除了定义拷贝控制成员，管理资源的类通常还定义一个名为swap的函数。与拷贝控制成员不同，swap并不是必要的。但是，对于分配了资源的类，定义swap可能是一种重要的优化手段。  
例如为上述的类值版本的hasptr 定义一个swap函数：

class hasptr
    {
        friend void swap(hasptr&, hasptr&);
        //和上述类似
    
    };
    inline void swap(hasptr &lhs, hasptr&rhs)
    {
        cout << "交换 " << *lhs.ps << "和" << *rhs.ps << endl;
        using std::swap;
        swap(lhs.ps, rhs.ps);
        swap(lhs.i, rhs.i);
    }
    
    int main()
    {
        hasptr h("hi mom");
        hasptr h2(h);
        hasptr h3 = h;
        h2 = "hi dad!";
        h3 = "hi son!";
        swap(h2, h3);
        cout << "h: " << *h << endl;
        cout << "h2: " << *h2 << endl;
        cout << "h3: " << *h3 << endl;
        getchar();
    }

![这里写图片描述][70 2]  
上述例子的说明：  
上述的swap函数中又调用了swap函数不会导致递归循环，因为这两个成员是内置类型，因此在函数中的调用会被解析成std::swap,而不是hasptr的特定版本的swap。

[70]: /images/20220523/46ce4bba0cba48ad8e0e0b5653b96281.png
[Link 1]: https://blog.csdn.net/xc13212777631/article/details/80511100
[70 1]: /images/20220523/a2d3550e693447208d81a3325e6e5aac.png
[70 2]: /images/20220523/75068675a69647a185eff78d63848d9c.png