细读《Effective C++》之三

Chapter 3. Resource Management

Scott说：这儿的resource包括dynamically allocated memory、file descriptors、mutex locks、GUI objects、database connections和network sockets。

“拿了我的给我还回来，吃了我的给我吐出来”……

Item 13 - 17

条款13：Use objects to manage resources

void f()




...{


Investment *pInv = createInvestment(); // call factory function


... // use pInv


delete pInv; // release object


}

为了防止程序在delete之前return或因exception中断而无法调用delete，可使用smart pointer auto_ptr(a pointer-like object, its destructor automatically calls delete on what it points to)：


// Resource Acquisition Is Initialization(RAII)


void f()




...{


std::auto_ptr<Investment> pInv(createInvestment()); // call factory function


... // use pInv as before


} // automatically delete pInv via auto_ptr's dtor

auto_ptr的初始化（也可以用assignment）和resource的分配在同一条语句中完成，其destructor保证了资源会被release。为了保证在任意时刻只有一个auto_ptr指向同一个资源（这也是其缺陷），当一个auto_ptr被copy给另一auto_ptr对象之后，前一个将被置为null，这很安全，却也很麻烦。所以在使用auto_ptr指针时要注意copy操作。

如果希望多个指针指向同一资源，可使用引用计数智能指针（reference-counting smart pointer, RCSP）TR1的tr1::shared_ptr指针。

auto_ptr和tr1::shared_ptr都不能用于动态分配数组，因为二者都没有delete[]的用法。boost::scoped_array和boost::shared_array可以分配数组。

条款14：Think carefully about copying behavior in resource-managing classes

条款13主要针对heap-based的资源进行管理，不是所有资源都是heap-based，如mutex。


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


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

借用条款13的RAII思想，设计class Lock：


class Lock : private Uncopyable // prohibit copying




...{


public:


explicit Lock(Mutex *pm) : mutexPtr(pm)




...{ lock(mutexPtr); } // acquire resource




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




private:


Mutex *mutexPtr;


};

对于申请类似critical resources，同样可借用RCSP的思想实现，对critical resources的申请和分配进行计数。这里的一个问题是在tr1::shared_ptr析构时如果counter为0将delete掉mutex，因此可以使用function object实现如下：




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"


// no longer declares a destructor


}




private:


std::tr1::shared_ptr<Mutex> mutexPtr; // use shared_ptr


}; // instead of raw pointer

条款15：Provide access to raw resources in resource-managing classes

为了能使资源顺利释放，Scott提倡我们使用auto_ptr和tr1::shared_ptr，友情提示：智能指针auto_ptr和tr1::shared_ptr不是指针，而是pointer-like object。因此如果要访问原始资源，需要从其中取出。


std::tr1::shared_ptr<Investment> pInv(createInvestment()); // from Item 13


int daysHeld(const Investment *pi); // return number of days investment has been held


int days = daysHeld(pInv.get()); // fine, passes the raw pointer in pInv to daysHeld

说白了，使用auto_ptr和tr1::shared_ptr时，记得它们是对象就行了。

犹如在使用string时，为了得到字符串，你需要这样去用：


string str("Hello");


char *pstr = str.c_str();

除了类似的explicit convertion，也有implicit convertion：




class Font ...{


public:


...




operator FontHandle() const ...{ return f; } // implicit conversion function


...


};




Font f(getFont());


int newFontSize;


...


changeFontSize(f, newFontSize); // implicitly convert Font to FontHandle

诚如Scott所言：The best design is likely to be the one that adheres to make interfaces easy to use correctly and hard to use incorrectly.

至于对原始资源访问所造成的contrary to encapsulation，则可以通过design使client取其所取，避其所避。

对于C/C++程序员来讲，诸如“{”和“}”，“[”和“]”，“"”和“"”，Get和Release，malloc和free，new和delete这样的搭配我们早已习惯，而对于借助对象的constructor和destructor来完成资源“自动”的分配和释放这样的安全操作显然还需要时间去适应。

看到这一款，我越来越觉得我的C++基础需要进一步加强。不知道Scott新加的这第三章内容是过于艰涩，还是怎么，总觉得似乎简单，但又没有那么简单，理解的不够深刻。

条款16：Use the same form in corresponding uses of new and delete

这一款在第二版时也是有的，第三版还是加了点内容（尽管不多，却让内容更加易于理解），首先对Scott的态度表示尊敬。

new和delete不仅仅是要成对出现的问题（当然，这是最根本最重要的问题），而更是要正确的成对出现，就像{}一样。当new被使用时，发生了两件事：内存分配和constructor(s)调用。当delete被使用时，也发生了两件事：destructor(s)调用和内存回收。问题是你用了什么就要还回什么，你用了多少就要还回多少。

因此，Scott说：“如果你调用new时用了[]，调用delete时也要用[]。如果调用new时没有用[]，那调用delete时也不要用[]”。


typedef string addresslines[4];




string *pal = new addresslines; // 这个typedef使用的太有创意了！


delete pal; // 错误!


delete [] pal; // 正确

条款17：Store newed objects in smart pointers in standalone statements

int priority();


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




// tr1::shared_ptr's constructor taking a raw pointer is explicit


processWidget(new Widget, priority()); // error!


processWidget(std::tr1::shared_ptr<Widget>(new Widget), priority()); // OK!

对于初次看到Scott的Resource Management这一章的coders，我不知道大家看过之后能领会多少，反正我自己心里没有底，各种智能指针的使用，想必也和个人的智商成一定正比。总觉得看过之后，再去写代码，难保不是邯郸学步。

这时候，Scott又说：although we're using object-managing resources everywhere here, this call may leak resources……

Before processWidget can be called, then, compilers must generate code to do these three things:

1) Call priority.

2) Execute "new Widget".

3) Call the tr1::shared_ptr constructor.

然而，the call to priority can be performed first, second, or third. 如果不幸的成了这样：

1) Execute "new Widget".

2) Call priority.

3) Call the tr1::shared_ptr constructor.

如果更加不幸的是：the call to priority yields an exception。不要因为这种可能只有不到0.01%，如果被你的客户和老板抓到，那就是100%。


std::tr1::shared_ptr<Widget> pw(new Widget); // store newed object in a smart pointer in a standalone statement


processWidget(pw, priority()); // this call won't leak

Scott建议：Store newed objects in smart pointers in standalone statements. Failure to do this can lead to subtle resource leaks when exceptions are thrown.

粗略地看完这一章，Scott带我们实现了Resources Management：

1) Use objects(smart pointers objects) to manage resources: auto_ptr, tr1::shared_ptr and boost::shared_array;

2) Think carefully about copying behavior in resource-managing classes: prohibit copying or reference-count, delete or unlock;

3) Provide access to raw resources in resource-managing classes: explicit or implicit, safer or more convenient;

4) Use the same form in corresponding uses of new and delete: new and delete, new [] and delete [];

5) Store newed objects in smart pointers in standalone statements: avoid exception thrown between new and copy to tr1::shared_ptr.