《Effective C++》第三章笔记

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《Effective C++》第三章读书笔记，主要是介绍如何管理资源。资源需要的时候要向系统申请，当用完之后一定要还给系统。最常用的资源就是动态内存，如果用完不归还给就会导致内存泄露。其他资源还有文件描述器、互斥锁、数据库连接、网络sockets等。本章主要是建议使用对象管理资源的做法，后续对于如何管理内存做一些补充。

条款13：以对象管理资源

  • 获得资源后立即放入对象内：当申请一块动态内存之后，往往要记得释放内存。但是，有些情况（1.执行到释放资源语句之前return；2.continue或者goto提前退出；3.发生异常抛出异常）会导致无法执行到释放资源的语句，这就导致内存资源没有归还给系统。因此需要把资源放到对象中，因为对象一旦离开生命周期，就会被销毁，其资源也就释放。（RAII）

    资源获取即初始化：20230412：意思就是资源获得之后要进行初始化，初始化指的是一个对象创建时赋予一个值，因此意思就是资源获取之后就放到一个对象中。

  • 管理对象运用析构函数确保资源被释放：不管控制流如何离开区块，只要对象被销毁，其析构函数自动执行，资源也就被释放了。当然过程有可能发生异常，这就是前面所提到的“析构函数如何处理异常”的话题了。

智能指针auto_ptr

auto_ptr会在它自动销毁时释放其指向的资源。所以不要让两个指针同时指向同一对象，否则会释放一个资源两次，这种行为是未定义的。

特性：若被copy构造函数或者copy assignment运算符复制，它们就会变成nullptr，而复制所得的指针具有所有权。

因此其缺点就是不能同时指向同一个对象，但是对于STL容器来说，需要进行复制操作。

注：现在一般不再使用auto_ptr指针，而是使用unique_ptr指针。详细可参考《C++.Primer.Plus》（中文第六版）16.2.3

智能指针shared_ptr

引用计数型智能指针（Reference-Counting Smart Pointer），即会追踪一共有多少指针指向资源，并在无指针指向时释放资源。

RCSP的行为类似于垃圾回收，但是它无法打破环状引用，比如两个指针互相指向。

**需要注意的是：以上两种指针在其析构函数中调用的时delete而不是delete[],**因此不能指向类似于数字类型的连续空间。

条款14：在资源管理类中注意copy行为

当一个RAII对象被复制时，应该采用哪种策略：

  • 禁止复制：如果复制并不合理，可以拒绝复制，即在资源管理类中显式拒绝copying操作（C++11之后可以使用delete关键字）；

  • 引用计数法：即采用类似shared_ptr智能指针的方法，记录一共有多少个指针指向资源，当指针数为0时释放资源。如果指针数为0时不想释放资源，shared_ptr提供了删除器（deleter），即一个函数对象，当引用次数为零时被调用。例如解除互斥锁而不是删除它。

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    void lock(Mutex *pm);
    void unlock(Mutex *pm);

    class Lock {
    private:
        std::shared_ptr<Mutex> mutexPtr;
    public:
        // 使用pm作为智能指针指向的空间
        // 并使用unlock函数作为当引用计数为0时的删除器
        Lock(Mutex *pm) : mutexPtr(pm, unlock) {
            lock(pm);
        }
    };

  • 复制底部资源：（深复制）就是说复制资源管理对象的时候把其资源也复制一份。

  • 转移底部资源的所有权：即像auto_ptr指针那样把资源所有权从被复制物转移到复制物，被复制的指针指向空。

条款15：在资源管理类中提供对于资源的访问功能

虽然使用资源管理类去管理资源的方式降低了资源未被归还的可能，但是在使用时往往是需要使用资源的，比如申请了一块char类型的内存，在使用时是希望使用char类型而不是使用资源管理对象，因此资源管理类需要对外提供直接访问资源的方式。

  • 显式转换：提供一个接口（成员函数），比如get()方法，返回值是资源。

  • 隐式转换：定义隐式转换函数，将资源管理类的类型转换成资源的类型。比如auto_ptr和shared_ptr都提供了隐式转换为所指向资源类型指针的隐式转换函数，可以直接隐式转换为底部资源的指针类型，并且重载了指针取值操作符->和*。

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    class Test {
    public:
        // 隐式类型转换函数
        // 将管理的资源转换为int类型返回
        operator int() const {
            return ...;
        }
    };

但是需要注意的是：隐式转换可能会导致某些问题，可能被误用（比如上面的例子中如果将资源转赋值给一个int类型，就是导致Test类对象隐式转换为int对象，这不一定是用户想要做的）。

另外其实RAII对象不算是严格意义上的封装，设计它仅仅是为了管理资源，因此向外提供了访问底部资源的接口和转换。

条款16：成对使用new和delete时要采取相同的形式

当使用new时：1.内存被分配出来（通过名为operator new的函数，条款49和51）；2.针对此内存有一个或者更多构造函数被调用（内置类型也看作具有构造函数）。

当使用delete时：1.针对此内存有一个或更多析构函数被调用；2.内存释放（通过名为operator delete的函数，条款51）。

具体有多少个构造函数和析构函数被调用，需要关注内存中究竟有多少个对象（一种理解内存布局的方式）：

  • 单一内存布局：即使用new Type申请出来的空间，可以看作 [object]，只有一块内存；
  • 对象数组布局：即使用new Type []申请出来的空间，需要包含这块内存的数组大小的记录 [n][object 1]…[object n]。

虽然对于对象数组的布局并非一定是上面描述，但是可以看到两种形式的内存布局实现应该是不一样的，因此需要使用不同的delete形式：

  • 针对单一内存布局：即new，需要使用delete；
  • 针对对象数组布局：即new type []，需要使用delete [] type;

条款17：以独立语句将newed对象放入智能指针内

非独立语句形式：

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int other(); // 一个其他函数的声明
void processedFunc(shared_ptr<Type> pt, int); // 参数为一个智能指针和一个int类型
...
processedFunc(new Type, other()); // !!!有可能会引发内存泄漏

为什么有可能引发内存泄露呢？主要原因是对于一个语句中多项操作C++未定义顺序：

1.调用other函数；2.new Type；3.调用shared_ptr<Type>的构造函数。

在一条语句中这3个操作的顺序是未被定义的，可以确定的是2一定在3之前，因为2的返回值作为3的参数。

如果操作顺序为：2.new Type –> 1.调用other函数 –> 3.调用shared_ptr<Type>的构造函数，那么假设调用other函数时发生异常，那么new出来的内存就没有存储到智能指针中，也就无法实现资源管理，从而导致内存泄露。

因此，为了保证将new出来的资源一定能存储到资源管理类中，应该把操作放到一条语句中：

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shared_ptr<Type> pt(new Type);
processedFunc(pt, other());

对于不同语句的操作，C++是不允许调整顺序的。