在资源管理类中心小心coping行为——条款14

探讨了资源取得时机便是初始化时机(RAII)原则在资源管理类中的应用,通过实例展示了如何使用tr1::shared_ptr实现资源的引用计数,以及在复制RAII对象时的不同行为策略。

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        条款13导入这样的概念:“资源取得时机便是初始化时机”(Resource Acquisition Is Initialization;RAII),并以此作为“资源管理类”的脊柱,也描述了auto_ptr和tr1::shared_ptr如何将这个观念表现在heap-based资源上。然而并非所有资源都是heap-based,对那种资源而言,像auto_ptr和tr1::shared_ptr这样的智能指针往往不适合作为资源掌管者。既然如此,有可能偶尔你会发现,你需要建立自己的资源管理类。

        例如,假设我们使用C API函数处理类型为Mutex的互斥器对象(mutex objects),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

为确保绝不会忘记将一个被锁住的Mutex解锁,你可能会希望建立一个class用来管理。这样的class的基本结构由RAII守则支配,也就是“资源在构造期间获得,在析构期间释放”:

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;
};

       客户对Lock的用法符合RAII方式:

Mutex m;  // 定义需要的互斥器
...
{
    Lock ml(&m);    // 锁定互斥器
    ...             // 执行相关操作
}                   // 区块最末尾,自动解除互斥器锁定

        当一个RAII对象被复制,会发生什么事?

Lock m11(&m);     // 锁定m
Lock m12(&m11);   // 将m11复制到m12身上。这会发生什么事?

        大多数时候你会选择一下两种可能:

  • 禁止复制。许多时候允许RAII对象被复制并不合理。具体禁止方法参考条款6.
  • 对底层资源祭出“引用计数法”。有时候我们希望保有资源,直到它的最后一个使用者(某对象)被销毁。这种情况下复制RAII对象时,应该将资源的“被引用数”递增。tr1::shared_ptr便是如此。

        通常只要内含一个tr1::shared_ptr成员变量,RAII classes便可实现出reference-counting copying行为。如果前述Lock打算使用references counting,它可以改变mutexPtr的类型,将它从Mutex*改为tr1::shared_ptr<Mutex>。然而很不幸tr1::shared_ptr的缺省行为是“当引用次数为0时删除其所指物”,那不是我们所要的行为。当我们用上一个Mutex,我们想要做的释放动作是解除锁定而非删除。

        幸运的是tr1::shared_ptr提供了“删除器”(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(此机能并不存于auto_ptr——它总是将其指针删除)。删除器对tr1::shared_ptr构造函数而言是可有可无的第二参数,所以代码看起来像这样:

class Lock {
public:
    explicit Lock(Mutex* pm)
    : mutexPtr(pm, unlock)        // unlock函数为删除器
    { 
        lock(mutexPtr.get());     // 条款15谈到“get”
    }         
private:
    std::trl::shared_ptr<Mutex> mutexPtr;
};

        请注意,本例的Lock class不在声明析构函数。因为没有必要。条款5说过,class析构函数(无论编译器生成,或用户自定)会调用其non-static成员变量(本例为mutexPtr)的析构函数。而mutexPtr的析构函数会在互斥器的引用次数为0时自动调std::trl::shared_ptr的删除器(本例为unlock)。

  • 复制底部资源。有时候,只要你喜欢,可以针对一份资源拥有其任意数量的副本。而你需要“资源管理类”的唯一理由是,当你不再需要某个副本时确保它被释放。在此情况下复制资源管理对象,应该同时也复制其所包覆的资源。也就是说,复制资源管理对象时,进行的是“深度拷贝”。
  • 转移底部资源的拥有权。某些罕见场合下你可能希望确保永远只有一个RAII对象指向一个未加工资源,即使RAII对象被复制依然如此。此时资源的拥有权会从被复制物转移到目标物。一如条款13所述,这是auto_ptr奉行的复制意义。

        Coping函数(包括copy构造函数和copy assignment操作符)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(条款5提过其缺省行为),否则你得自己编写它们。某些情况下或许也想支持这些函数的一般版本,这样的版本描述于条款45.

请记住

  • 复制RAII对象必须一并复制它所管理的资源,所以资源的copying行为决定RAII对象的copying行为。

  • 普遍而常见的RAII class copying行为是:抑制copying、施行引用计数法(reference counting)。不过其他行为也都可能被实现。

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