14.以对象管理资源

Posted on | In

问题实例

</br>
假设我们有一个关于投资的继承体系，其基类为

1
class Investment {...};

我们惯用factory function来产生特定的对象，并且有责任释放该对象，现有某个f函数执行了该操作：
1
2
3
4
5
void f(){
    Inverstment* pInv = createInvestment();//调用factory function
    ...
    delete pInv;
}

上述程序看起来没毛病，但是实际使用中可能会发生内存泄漏。原因可能但不仅仅如下：

  1. …处有了一个过早的return
  2. delete位于某个循环或者判断内并未能执行到
  3. …处抛出了一个异常

我们泄漏的不仅仅只是内含投资对象的那一块内存，还包括任何它所保存的资源。

当然，完美的逻辑可以避免上述问题，但关键在于代码总是处于不断修改和升级的过程中，单纯依赖delete语句总被执行是不可能的。

解决方案

</br>
为了确保资源总是被释放，我们需要将资源放进对象内。当控制流离开程序块时，该对象的析构函数则会自动释放那些资源。

auto_ptr

许多资源被动态地分配于heap内,然后被用于单一区块或函数内。这些资源应该在控制流离开那个区块或者函数时被释放。标准库提供的auto_ptr正是针对这种形式而设计的。
auto_ptr是一个智能指针，其析构函数自动对其所指对象调用delete。（auto_ptr的具体描述及特性，详见C++ Primer）
其具体使用大致如下：

1
2
3
4
void f(){
    auto_ptr<Investment> pInv(createInvestment());
    ...
}

以对象管理资源的关键思路在于：

  1. 获得资源后立刻放入管理对象。
    这也被称为“资源获取之日即是初始化之时”（resource acquisition initialization；RAII）
    有时候我们也把拿到的资源用来赋值而不是初始化。但不管怎么说，每一笔资源总在获得之时就被立刻放入管理对象中。
  2. 管理对象（managing object)运用析构函数确保资源释放。
    除非管理对象析构函数里会抛出异常，否则资源总能被正确释放。针对唯一的这一种例外，Effective C++ 8 对此有详细的描述

auto_ptr的缺陷

如果通过copy构造函数或者copy assignment操作符来复制auto_ptr，那它们会变成null，新复制的智能指针将获得资源的唯一使用权。
这种诡异的复制行为直接导致STL容器不能使用auto_ptr(具体论述见Effective STL 8）

shared_ptr

auto_ptr的替代方案是用引用计数型智能指针。也就是reference-counting smart pointer(RCSP)。它持续地追踪有多少对象指向某个资源，没人指向就释放资源。

shared_ptr的缺陷

无法打破环状引用（例如两个没人用的对象彼此互指，编译器判断对象仍然处于使用状态）。

智能指针的缺陷

智能指针的析构函数中做的是delete而非delete[]，这意味着在动态分配而得到的array身上用它们效果感人。

1
shared_ptr<int> spi(new int[1024]);//析构时只释放了一个

但这个问题不大，Effective STL 13提及，应当尽可能使用vector与string替换动态数组。

总结

</br>
本节虽然大量提及了智能指针，但实际上RAII和智能指针并无关联，考虑Effective STL 12中提到的多线程实例，其中Lock对象也负责了资源的管理。