Effective C++ 改善程序与设计的55个具体做法笔记与心得 3

三. 资源管理

13. 以对象管理资源

请记住：

• 为防止资源泄露，使用智能指针

14. 在资源管理类中小心copying行为

请记住：

• 复制RAII对象必须一并复制他所管理的资源，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。

解释：
‌‌‌‌　　RAII（资源获取即初始化）是C++中一个非常重要的概念，它用于管理对象生命周期内的资源分配和释放问题。

‌‌‌‌　　对于复制RAII对象，首要问题就是如何处理它所管理的资源。实际上，资源的复制行为决定了RAII对象的复制行为，不同的策略会对管理资源的对象的复制产生不同的影响：

• 抑制复制（Prohibit Copying）：既简单又有效。在这种情况下，复制构造函数和赋值运算符通常被声明为private，并且不传递任何实现。这阻止了复制和赋值。这是一个好的默认行为，通常适用于管理不可共享资源的类（如文件、线程、互斥锁等）。

class Uncopyable {
private:Uncopyable(const Uncopyable&);Uncopyable& operator=(const Uncopyable&);
};

• 引用计数（Reference Counting）：这种方法允许复制，同时确保原始资源的生命周期恰到好处。具体来说，只有当最后一个引用被销毁时，才会清理底层资源。std::shared_ptr是一种典型的实现引用计数的RAII类。

std::shared_ptr<int> p(new int[10]);
std::shared_ptr<int> q = p;  // 引用计数增加

• 深度复制（Deep Copying）：在这种策略中，我们为每个RAII对象创建一份新的资源副本。这比引用计数更安全，但可能更为费时，因为它需要复制所有数据。

• 转移资源所有权（Transfer Ownership）：通过移动语义（C++11开始提供），可以将资源从一个对象转移到另一个对象，而不需要复制。这通常适用于管理大块资源的RAII对象，例如std::unique_ptr。

根据特定的类管理的资源类型和预期的用途，可以选择适合的策略来处理RAII对象的复制行为。这是面向对象的设计的一个重要方面。

15. 在资源管理类中提供对原始资源的访问

请记住：

• APIs往往要求访问原始资源，所以每一个RAI class应该提供一个“取得其所管理之资源”的办法。
• 对原始资源的访问可能经由显式转换或隐式转换。一般而言显示转换比较安全，但隐式转换对客户比较方便。

解释：
‌‌‌‌　　资源获取即初始化（RAII）的类确实经常需要提供获取其管理的资源的方式。这样的设计并不会违背RAII原则，因为资源的所有权仍然在RAII对象中，但一些情况下确实需要让程序员能够访问这些底层资源。

这些底层资源的访问方式主要分为两种：

• 显式转换：这样的设计使得访问者必须显示地请求访问资源。这样可以减少因误用底层资源而导致的问题。std::unique_ptr就是一个很好的例子，它提供了.get()方法来显式获取底层的原始指针。

std::unique_ptr<int> p(new int());
int* raw = p.get();

• 隐式转换：这提供了对使用者更为简单的访问方式，但是如果使用不当，可能带来风险。比如，std::shared_ptr可以被隐式转化为bool类型，这使得我们能够在条件语句中使用。

std::shared_ptr<int> p(new int());
if (p) {// 如果 p 管理着一个对象，那么将会执行这里的代码
}

‌‌‌‌　　一般来说，显式转换更为安全，因为它强制要求使用者意识到他们正在直接操作底层资源。然而，隐式转换可以使代码更简洁，提供更好的用户体验。因此，应根据特定的使用场景和对安全性的要求来确定哪种方法更为合适。

16. 成对使用new和delete时要采取相同形式

请记住：

• 如果你在new表达式中使用[]，必须在相应的delete表达式中也使用[]。
• 如果你在new表达式中不使用[]，一定不要在相应的delete表达式中使用[]。

解释：
‌‌‌‌　　在C++中，这个规则非常重要，因为不正确地使用new[]和delete[]会导致未定义的行为。

1. 当我们使用new[]来分配数组时，必须使用delete[]来删除该数组。如果我们只用delete，就可能会出现内存泄漏。

int* array = new int[10];
delete[] array; // 正确的使用方式

2. 另一方面，当我们使用new分配单个元素时，必须使用delete（不带[]）来删除。如果我们使用delete[]来删除非数组类型的指针，那也会导致未定义的行为。

int* single = new int();
delete single; // 正确的使用方式

‌‌‌‌　　这组规则是相当重要的，因为它们涉及到C++运行时环境如何在堆上分配和管理内存。遵循这些规则不仅可以避免内存泄漏，也能防止程序因为错误的内存释放操作而崩溃。

new和new[]以及delete和delete[]的区别主要在于它们处理的数据结构和内存分配的方式：

1. new和delete：这两个操作符主要用于分配和释放单个对象的内存。

int* p = new int;       // 分配一个整数的内存
delete p;               // 释放该整数的内存

2. new[]和delete[]：这两个操作符用于分配和释放数组的内存。

int* arr = new int[10]; // 分配10个整数的内存
delete[] arr;           // 释放这10个整数的内存

‌‌‌‌　　对于这两对操作符，最重要的一点是必须配对使用。也就是说，我们不能使用new来分配内存然后使用delete[]释放内存，反之亦然。

‌‌‌‌　　注意：new和new[]分配的内存不会被自动释放，我们需要手动调用相应的delete或者delete[]来释放这些内存，否则将导致内存泄漏。这是一个常见的编码错误，也是使用RAII（资源获取即初始化）技术的主要原因，它可以通过在对象的生命周期结束时自动释放其拥有的资源，从而防止内存泄漏。

17. 以独立语句将newed对象置入智能指针

请记住：
‌‌‌‌　　以独立语句将newed对象存储于智能指针内。如果不这样做，一旦异常被抛出，有可能导致难以察觉的资源泄露。

解释：
‌‌‌‌　　智能指针主要的优点就是它可以保证在任何情况下，包括出现异常时，都可以正确地释放内存。在C++中，如果我们创建了一个普通的指针并使用new分配了内存，但在释放这个内存前出现了异常，那么这个内存就会泄露。

‌‌‌‌　　由于异常可能在new之后的任何时间发生，所以我们无法确定何时捕获并处理这个异常。因此，为了避免内存泄露，我们应该尽快将这个指针转换为智能指针。如果我们在创建智能指针对象的同一条语句中使用new，那么即使出现异常，内存也会安全地释放。

std::unique_ptr<int> ptr(new int(10));    // 创建一个存储int的智能指针

‌‌‌‌　　虽然将new和智能指针的初始化放在同一行更简洁，但为了避免new在智能指针接管之前就抛出异常导致的任何可能的资源泄露，提倡以独立语句将newed对象存储于智能指针内。如：

int* temp = new int(10);
std::unique_ptr<int> ptr(temp);    // 创建一个存储int的智能指针

‌‌‌‌　　这样，即使在new和智能指针的初始化之间抛出异常，我们也可以保证delete temp;被调用，防止了内存泄漏。