读书笔记_Effective_C++_条款十三：以对象管理资源

从这个条款开始，就进入到资源管理部分了。资源管理往往是大型项目的一个难点，也是重中之重，看到一些编程规范，都是将资源管理的规范列为高优先级的重点。

管理资源的最好方法其实是预防，而好的预防方法就是尽量不去使用C/C++的原生指针，这些指针像幽灵一样，一个“忘记”，就是一个隐患。当项目小的时候，这些隐患看不出来，但当研发一个拥有上万级用户的产品时，服务器对很多人同时运行含有隐患的代码，这个隐患就会爆发，导致内存不足而崩溃。

举个例子，初学者常常这样写：

int *p = new int();
…
delete p;

这个当然是OK的，内存可以回收，但万一中间的过程超过数十行，你还能记住去delete p吗？

有些同学可能会这样做，每一个new之后，先写好delete，再往中间插代码，但如果遇到这样的情况：

int* GetResource()
{
 return new int(10);
}

这个函数负责生成资源，并将之返回给上一层，因为这个资源是要在上一层用的，所以在函数内还不能直接delete，这可就麻烦了。程序员们可要随时记挂着这个内存，在不再需要的时候赶紧释放了。但一切可能出错的地方真的会出错，代码一多，记性就不那么好了，很容易出现忘记delete的事情。

 

那么有没有什么好的方法，可以让我们痛快地管理资源呢？这就牵涉到智能指针的问题了。常用的智能指针有memory头文件里面的auto_ptr，还有boost库里的shared_ptr。两者的实现机制不同，但功能是类似的，就是能自动管理资源。他们体现的思想就是RAII（Resources Acquisition Is Initialzeation 资源取得的时机便是初始化时机）。

 

举个形象的例子就是：

auto_ptr<int> ap(new int(10));

或者是：

shared_ptr<int> sp(new int(10));

可以看到，这里根本就没有出现原生指针，而是直接将new出来的内存交给了一个“管理者”。这个管理者可以是auto_ptr，也可以是shared_ptr，他们的存在，使得程序员可以真的忘记delete了，当ap或者sp的生命周期结束时，他们会将资源释放出来，交还给系统。比如：

void fun()
{
auto_ptr<int> ap(new int(10);
*ap = 20;
}
// ap 在fun()结束后会自动回收掉

auto_ptr和shared_ptr的区别在于管理方法不同。

 

auto_ptr这个管理者是一个很霸气的boss，他只想独管资源，而不允许其他管理者插手，否则他就退出管理，把这个资源交给另一方，自己再也不碰了。

举个例子：

auto_ptr<int> boss1(new int(10)); // 这个时候boss1对这个资源进行管理

auto_ptr<int> boss2(boss1); // 这个时候boss2要插手进来，boss1很生气，所以把管理权扔给了boss2，自己就不管事了。所以boss2持有这个资源，而boss1不再持有（持有的是null）。

所以同一时刻，只有一个auto_ptr能管理相同的资源。

这里还是有必要解释一下这句话的，比如：

auto_ptr<int> boss1(new int(10)); 
auto_ptr<int> boss2(new int(10));

boss1还持有资源吗？答案是有的，因为new执行了两次，虽然内存空间里的初始值是一样的，但地址并不同，所以不算相同的资源。

再来，为了把问题讲清楚，这里就让原生指针再出场一下：

int *p = new int(10);
auto_ptr<int> boss1(p);
auto_ptr<int> boss2(p);

boss1还持有资源吗？

 

答案是当程序运行到第三句的时候，就弹出assertion failed的红叉，程序崩溃了，为什么会这样呢？因为p所指向的是同一块资源，所以boss2发出管理手段后，boss1肯定要有动作的。第三句话调用boss2的构造函数，但构造函数中boss2识别出来p所指向的资源已经被占用了，所以会assertion failed。

事实上，这种原生指针和智能指针混用的程序是非常不好的，如果不使用原生指针，上面的崩溃问题就不会发生。

 

我自己根据auto_ptr的思想，仿写了一下这个类，有兴趣的读者可以看看，其实并不复杂：

#ifndef MY_AUTO_PTR_H
#define MY_AUTO_PTR_H

// 自定义的智能指针
#include <iostream>
using namespace std;

template <class T>
class MyAutoPtr
{
private:
    T *ptr;
    static void swap(MyAutoPtr &obj1, MyAutoPtr &obj2)
    {
        // 细到交换成员变量
        std::swap(obj1.ptr, obj2.ptr);
    };

public:
    explicit MyAutoPtr(T *p = NULL): ptr(p){}
    
    MyAutoPtr(MyAutoPtr& p)
    {
        ptr = p.ptr;
        p.ptr = 0;
    }

    MyAutoPtr& operator= (MyAutoPtr& p)
    {
        if(&p != this)
        {
            MyAutoPtr temp(p);
            swap(*this, temp);
        }
        return *this;
    }
    
    ~MyAutoPtr()
    {
        delete ptr;
        ptr = 0;
    }

    T& operator* () const
    {
        return *ptr;
    }

    T* operator-> () const 
    {
        return ptr;
    }

    T* get() const
    {
        return ptr;
    }


    friend ostream& operator<< (ostream& out, const MyAutoPtr<T>& obj)
    {
        out << *obj.ptr;
        return out;
    }

};


#endif /* MY_AUTO_PTR_H */

因为auto_ptr常常发生管理权的交付，所以用作形参的时候一定要小心：

若有一个函数是：void fun(auto_ptr<int> ap){}

在主函数中调用fun(main_ap);

main_ap就会失去管理权了。

正是因为这个特性，所以auto_ptr不支持STL容器，因为容器要求“可复制”，但auto_ptr只能有一个掌握管理权。另外，auto_ptr也不能用于数组，因为内部实现的时候，用的是delete，而不是delete[]。

 

shared_ptr则顾名思义，他是一个分享与合作的管理者，他的内部实现是引用计数型的，每多一次引用，计数值就会+1，而每一次引用的生命周期结束时，计数值就会-1，当计数值为0的时候，说明内存没有管理者管理了，最后一个管理这个内存的管理者就会将之释放。

再回到我们之前的例子：

shared_ptr<int> boss1(new int(10)); // 这个时候boss1对这个资源进行管理
shared_ptr<int> boss2(boss1); // boss2携手boss1对这个资源进行管理

注意这个时候boss1并没有交出管理权，boss2的加入只对对象内部的计数指针造成了影响，在外部就像什么也没发生一样，可以使用boss1和boss2来管理资源。

下面写上我自己写的shared_ptr，也很简单的（注意swap函数要自己去写，不能调用系统自带的，否则会陷入赋值运算符的无限递归中）：

#ifndef MY_SHARED_PTR_H
#define MY_SHARED_PTR_H

#include <iostream>
using namespace std;

template <class T>
class MySharedPtr
{
private:
    T *ptr;
    size_t *count;
    static void swap(MySharedPtr& obj1, MySharedPtr& obj2)
    {
        std::swap(obj1.ptr, obj2.ptr);
        std::swap(obj1.count, obj2.count);
    }

public:
    MySharedPtr(T* p = NULL): ptr(p), count(new size_t(1)){}

    MySharedPtr(MySharedPtr& p): ptr(p.ptr), count(p.count)
    {
        ++ *p.count;
    }

    MySharedPtr& operator= (MySharedPtr& p)
    {
        if(this != &p && (*this).ptr != p.ptr)
        {
            MySharedPtr temp(p);
            swap(*this, temp);
        }
        return *this;
    }

    ~MySharedPtr()
    {
        reset();        
    }

    T& operator* () const
    {
        return *ptr;
    }

    T* operator-> () const 
    {
        return ptr;
    }

    T* get() const 
    {
        return ptr;
    }

    void reset()
    {
        -- *count;
        if(*count == 0)
        {
            delete ptr;
            ptr = 0;
            delete count;
            count = 0;
            //cout << "真正删除" << endl;
        }
    }

    bool unique() const
    {
        return *count == 1;
    }

    size_t use_count() const 
    {
        return *count;
    }


    friend ostream& operator<< (ostream& out, const MySharedPtr<T>& obj)
    {
        out << *obj.ptr;
        return out;
    }

};

#endif /* MY_SHARED_PTR_H */

好，最后总结一下：

1. 为了防止资源泄漏，使用RAII思想，它们在构造函数中获得资源，并在析构函数中释放资源。

2. 两个常用的RAII类是shared_ptr和auto_ptr，但前者一般是更佳的选择，因为其copy行为比较直观，若选择auto_ptr，复制动作会使它指向null。