C++箴言：資源管理類(lèi)的拷貝行為

2019-11-17 05:38:05

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供稿：網(wǎng)友

　　在上一篇文章中介紹了作為資源治理類(lèi)支柱的 Resource Acquisition Is Initialization (RAII) 原則，并描述了 auto_ptr 和 tr1::shared_ptr 在基于堆的資源上運(yùn)用這一原則的表現(xiàn)。并非所有的資源都是基于堆的，然而，對(duì)于這樣的資源，像 auto_ptr 和 tr1::shared_ptr 這樣的智能指針通常就不像 resource handlers（資源治理者）那樣合適。在這種情況下，有時(shí)，你可能要根據(jù)你自己的需要去創(chuàng)建你自己的資源治理類(lèi)。

　　例如，假設(shè)你使用 C API 提供的 lock 和 unlock 函數(shù)去操縱 Mutex 類(lèi)型的互斥體對(duì)象：

　　

　　void lock(Mutex *pm); // lock mutex pointed to by pm

　　

　　void unlock(Mutex *pm); // unlock the mutex

　　為了確保你從不會(huì)忘記解鎖一個(gè)被你加了鎖的 Mutex，你希望創(chuàng)建一個(gè)類(lèi)來(lái)治理鎖。RAII 原則規(guī)定了這樣一個(gè)類(lèi)的基本結(jié)構(gòu)，通過(guò)構(gòu)造函數(shù)獲取資源并通過(guò)析構(gòu)函數(shù)釋放它：

　　

　　class Lock {

　　　public:

　　　　eXPlicit Lock(Mutex *pm)

　　　　: mutexPtr(pm)

　　　　{ lock(mutexPtr); } // acquire resource

　　　

　　　　~Lock() { unlock(mutexPtr); } // release resource

　　

　　　PRivate:

　　　　Mutex *mutexPtr;

　　};

　　客戶(hù)按照 RAII 風(fēng)格的慣例來(lái)使用 Lock：

　　

　　Mutex m; // define the mutex you need to use

　　...

　　{ // create block to define critical section

　　　Lock ml(&m); // lock the mutex

　　　... // perform critical section Operations

　　

　　} // automatically unlock mutex at end

　　// of block

　　這沒(méi)什么問(wèn)題，但是假如一個(gè) Lock 對(duì)象被拷貝應(yīng)該發(fā)生什么？
　　Lock ml1(&m); // lock m

　　

　　Lock ml2(ml1); // copy ml1 to ml2-what should

　　// happen here?

　　這是一個(gè)更一般問(wèn)題的特定實(shí)例，每一個(gè) RAII 類(lèi)的作者都要面臨這樣的問(wèn)題：當(dāng)一個(gè) RAII 對(duì)象被拷貝的時(shí)候應(yīng)該發(fā)生什么？大多數(shù)情況下，你可以從下面各種可能性中挑選一個(gè)：

　　禁止拷貝。在很多情況下，答應(yīng) RAII 被拷貝是沒(méi)有意義的。這對(duì)于像 Lock 這樣類(lèi)很可能是正確的，因?yàn)橥降幕疽氐摹案北尽焙苌儆惺裁匆饬x。當(dāng)拷貝對(duì)一個(gè) RAII 類(lèi)沒(méi)有什么意義的時(shí)候，你應(yīng)該禁止它。Item 6 解釋了如何做到這一點(diǎn)。聲明拷貝操作為私有。對(duì)于 Lock，看起來(lái)也許像這樣：

　　

　　class Lock: private Uncopyable { // prohibit copying - see

　　public: // Item 6

　　... // as before

　　};

　　對(duì)底層的資源引用計(jì)數(shù)。有時(shí)人們需要的是保持一個(gè)資源直到最后一個(gè)使用它的對(duì)象被銷(xiāo)毀。在這種情況下，拷貝一個(gè) RAII 對(duì)象應(yīng)該增加引用這一資源的對(duì)象的數(shù)目。這也就是使用 tr1::shared_ptr 時(shí)“拷貝”的含意。

　　通常，RAII 類(lèi)只需要包含一個(gè) tr1::shared_ptr 數(shù)據(jù)成員就能夠?qū)崿F(xiàn)引用計(jì)數(shù)的拷貝行為。例如，假如 Lock 要使用引用計(jì)數(shù)，他可能要將 mutexPtr 的類(lèi)型從 Mutex* 改變?yōu)?tr1::shared_ptr。不幸的是，tr1::shared_ptr 的缺省行為是當(dāng)它所指向的東西的引用計(jì)數(shù)變?yōu)?0 的時(shí)候?qū)⑺鼊h除，但這不是我們要的。當(dāng)我們使用 Mutex 完畢后，我們想要將它解鎖，而不是將它刪除。

　　幸運(yùn)的是，tr1::shared_ptr 答應(yīng)一個(gè) "deleter" 規(guī)范——當(dāng)引用計(jì)數(shù)變?yōu)?0 時(shí)調(diào)用的一個(gè)函數(shù)或者函數(shù)對(duì)象。（這一功能是 auto_ptr 所沒(méi)有的，auto_ptr 總是刪除它的指針。）deleter 是 tr1::shared_ptr 的構(gòu)造函數(shù)的可選的第二個(gè)參數(shù)，所以，代碼看起來(lái)就像這樣：

　　

　　class Lock {

　　public:

　　　explicit Lock(Mutex *pm) // init shared_ptr with the Mutex

　　　: mutexPtr(pm, unlock) // to point to and the unlock func

　　　{ // as the deleter

　　lock(mutexPtr.get()); // see Item 15 for info on "get"

　　　}

　　private:

　　　std::tr1::shared_ptr mutexPtr; // use shared_ptr

　　}; // instead of raw pointer

　　在這個(gè)例子中，注重 Lock 類(lèi)是如何不再聲明一個(gè)析構(gòu)函數(shù)的。那是因?yàn)樗辉傩枰tem 5 解釋了一個(gè)類(lèi)的析構(gòu)函數(shù)（無(wú)論它是編譯器生成還是用戶(hù)定義）會(huì)自動(dòng)調(diào)用這個(gè)類(lèi)的非靜態(tài)（non-static）數(shù)據(jù)成員的析構(gòu)函數(shù)。在本例中，就是 mutexPtr。但是，當(dāng)互斥體的引用計(jì)數(shù)變?yōu)?0 時(shí)，mutexPtr 的析構(gòu)函數(shù)會(huì)自動(dòng)調(diào)用的是 tr1::shared_ptr 的 deleter ——在此就是 unlock。（看過(guò)這個(gè)類(lèi)的源代碼的人多半意識(shí)到需要增加一條注釋表明你并非忘記了析構(gòu)，而只是依靠編譯器生成的缺省行為。）

　　拷貝底層的資源。有時(shí)就像你所希望的你可以擁有一個(gè)資源的多個(gè)副本，唯一的前提是你需要一個(gè)資源治理類(lèi)確保當(dāng)你使用完它之后，每一副本都會(huì)被釋放。在這種情況下，拷貝一個(gè)資源治理對(duì)象也要同時(shí)拷貝被它隱藏的資源。也就是說(shuō)，拷貝一個(gè)資源治理類(lèi)需要完成一次“深層拷貝”。

　　某些標(biāo)準(zhǔn) string 類(lèi)型的實(shí)現(xiàn)是由堆內(nèi)存的指針組成，堆內(nèi)存中存儲(chǔ)著組成那個(gè) string 的字符。這樣的字符串對(duì)象包含指向堆內(nèi)存的指針。當(dāng)一個(gè) string 對(duì)象被拷貝，這個(gè)副本應(yīng)該由那個(gè)指針和它所指向的內(nèi)存組成。這樣的 strings 表現(xiàn)為深層拷貝。

　　傳遞底層資源的所有權(quán)。在某些非凡場(chǎng)合，你可能希望確保只有一個(gè) RAII 對(duì)象引用一個(gè)未加工的資源，而當(dāng)這個(gè) RAII 對(duì)象被拷貝的時(shí)候，資源的所有權(quán)從被拷貝的對(duì)象傳遞到拷貝對(duì)象。就像上一篇文章所說(shuō)明的，這就是使用 auto_ptr 時(shí)“拷貝”的含意。

　　拷貝函數(shù)（copying functions）（拷貝構(gòu)造函數(shù)和拷貝賦值運(yùn)算符）可能是由編譯器生成的，所以除非編譯器生成的版本所做的事正是你所要的，你應(yīng)該自己編寫(xiě)它們。在某些情況下，你也要支持這些函數(shù)的泛型化版本。

　　Things to Remember

　　·拷貝一個(gè) RAII 對(duì)象必須拷貝它所治理的資源，所以資源的拷貝行為決定了 RAII 對(duì)象的拷貝行為。

　　·普通的 RAII 類(lèi)的拷貝行為不接受拷貝和進(jìn)行引用計(jì)數(shù)，但是其它行為是有可能的。

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