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条款9：利用destructors避免泄露资源

news 来源：原创 2024/9/19 13:52:51

对指针说拜拜。承认吧，你从未真正喜欢过它，对不？

好，你不需要对所有指针说拜拜，但是你真的得对那些用来操控局部性资源(local resources）的指针说莎唷娜拉了。

举个例子，你正在为“小动物收养保护中心”（一个专门为小狗小猫寻找收养家庭的组织）编写一个软件。收养中心每天都会产生一个文件，其中有它所安排的当天收养个案。你的工作就是写一个程序，读这些文件，然后为每一个收养个案做适当处理。

合理的想法是定义一个抽象基类（abstract base class)ALA("Adorable Litle Animal"），再从中派生出针对小狗和小猫的具体类（concrete classes）。其中有个虚函数processAdoption，负责“因动物种类而异”的必要处理动作。

class ALA{
public:
virtual void processAdoption()= 0;
...
};class Puppy: public ALA
{
public:
virtual  void processAdoption();
...
};class Kitten: public ALA
{
public:
virtual void processAdoption ();
...
};

你需要一个函数，读取文件内容，并视文件内容产生一个Puppyobject或一个Kitten object。这个任务非常适合用virtual constructor完成，那是条款25中描述的一种函数。

对本目的而言，以下声明便是我们所需要的：

//从s读取动物信息，然后返回一个指针，指向一个
// 新分配的对象，有着适当的类型（Puppy或Kitten）
ALA * readALA(istream& s);

你的程序核心大约是一个类似这样的函数：

void processAdoptions(istream& dataSource)
{while (datasource)//如果还有数据，{ALA* pa = readALA(dataSource);//取出下一只动物，pa->processAdoption();//处理收养事宜，delete pa;//删除readALA返回的对象。}
}

这个函数走遍dataSource，处理它所获得的每一条信息。

唯一需要特别谨慎的是，它必须在每次迭代的最后，记得将pa删除。这是必要的，因为每当readALA被调用，便产生一个新的 heap object。如果没有调用 delete，这个循环很快便会出现资源泄漏的问题。

现在请考虑：如果pa->processAdoption抛出一个exception，会发生什么事情。processAdoptions 无法捕捉它，所以这个 exception 会传播到 processAdoptions的调用端。processAdoptions 函数内“位于pa->processAdoption 之后的所有语句”都会被跳过，不再执行，这也意味pa不会被删除。结果呢，只要pa->processAdoption 抛出一个 exception,processAdoptions 便发生一次资源泄漏。

要避免这一点，很简单：

void processAdoptions(istream& dataSource)
{while (dataSource){ALA* pa = readALA(dataSource),try {pa->processAdoption();}catch (...)//捕捉所有的exceptions。{delete pa;//当exception 被抛出，避免资源泄漏。throw;//将exception 传播给调用端。}delete pa;//如果没有exception被抛出，也要避免资源泄漏。}
}

但你的程序因而被try 语句块和catch 语句块搞得乱七八糟。

更重要的是，你被迫重复撰写其实可被正常路线和异常路线共享的清理代码（cleanup code)本例指的是delete动作。

这对程序的维护造成困扰，撰写时很烦人，感觉也不理想。不论我们是以正常方式或异常方式(抛出一个exception)离开processAdoptions函数，我们都需要删除pa，那么何不集中于一处做这件事情呢？

其实不必大费周章，只要我们能够将“一定得执行的清理代码”移到processAdoptions函数的某个局部对象的destructor 内即可。因为局部对象总是会在函数结束时被析构，不论函数如何结束（唯一例外是你调用longjmp而结束。longjmp 的这个缺点正是C++ 支持exceptions的最初的主要原因）。于是，我们真正感兴趣的是，如何把delete 动作从 processAdoptions 函数移到函数内某个局部对象的destructor内。

解决办法就是，以一个“类似指针的对象”取代指针pa，如此一来，当这个类似指针的对象被（自动）销毁，我们可以令其destructor 调用delete。

“行为类似指针（但动作更多）”的对象我们称为smart pointers。如条款28所言，你可以做出非常灵巧的“指针类似物”。本例倒是不需要什么特别高档的产品，我们只要求它在被销毁（由于即将离开其scope）之前删除它所指的对象，就可以啦。

技术上这并不困难，我们甚至不需要自己动手。C++标准程序库（见条款E49）提供了一个名为auto_ptr的class template，其行为正是我们所需要的。每个auto_ptr的constructor 都要求获得一个指向 heap object 的指针；其destructoy会将该heapobject 删除。

如果只显示这些基本功能，auto_ptr 看起来像这样：

template<class T>
class auto_ptr
{
public:auto_ptr(T* p = 0) :ptr(p) {}// 存储对象。~auto ptr(){delete ptr;// 删除对象。}private:T* ptr;//原始指针（指向对象）.
};

auto_ptr 标准版远比上述复杂得多。上述这个剥掉一层皮的东西并不适合实际运用2（至少还需加上copy constructor,assignment operator 及条款28所讨论的指针仿真函数operator*和operator->），但是其背后的观念应该很清楚了：以auto_ptr 对象取代原始指针，就不需再担心heap objects没有被删除一一即使是在exceptions被抛出的情况下。

注意，由于auto ptr destructor 采用“单一对象”形式的delete，所以auto ptr 不适合取代（或说包装）数组对象的指针。如果你希望有一个类似 autoptr的template可用于数组身上，你得自己动手写一个。不过如果真是这样，或许更好的选择是以vector 取代数组。
以auto_ptr对象取代原始指针之后，processAdoptions 看起来像这样：

void processAdoptions(istream& dataSource)
{while (dataSource){auto_ptr<ALA> pa(readALA(dataSource)pa->processAdoption();}
}

这一版和原先版本的差异只有两处。

第一，pa被声明为一个 auto_ptr<ALA>对象，不再是原始的 ALA*指针；
第二，循环最后不再有delete 语句。就这样啦，其他每样东西都没变，除了析构动作外，auto_ptr 对象的行为和正常指针完全一样。很简单，不是吗？

隐藏在auto ptr背后的观念一—以一个对象存放“必须自动释放的资源”，并依赖该对象的destructor 释放一—亦可对“以指针为本”以外的资源施行。

考虑图形界面（GUT）应用软件中的某个函数，它必须产生一个窗口以显示某些信息：

//此函数可能会在抛出一个 exception 之后发生资源泄漏问题。
void displayInfo(const Informations info)
{WINDOW_HANDLE w(createwindow());displayinfo in window corresponding to w,destroyWindow(w);
}

许多窗口系统都有 C语言接口，运行诸如 createWindow 和 destroyWindow这类函数，取得或释放窗口（被视为一种资源）。如果在信息显示于的过程中发生exception，w所持有的那个窗口将会遗失，其他动态分配的任何资源也会遗失。

解决之道和先前一样，设计一个class，令其constructor 和destructor 分别取得资源和释放资源：

//这个class 用来取得及释放一个 window handle。
class WindowHandle {
public:WindowHandle(WINDOW HANDLE handle) :w(handle) {}~WindowHandle() {destroyWindow(w);}operator WINDOW_HANDLE(){return w;//详述于下。}
private:WINDOW_HANDLE w;//以下函数被声明为private，用以阻止产生多个 WINDOW HANDLE。//条款28讨论了一个更弹性的做法。WindowHandle(const WindowHandle&);WindowHandle& operator=(const WindowHandle&);
};

这看起来就像auto_ptr template 一样，只不过其赋值动作（assignment）和复制动作（copying）被明确禁止了（见条款E27）。

此外，它有一个隐式类型转换操作符，可用来将一个 windowHandle 转换为一个 WINDOW HANDLE。

这项能力对于WindowHandleobject 的实用性甚有必要，意味你可以像在任何地方正常使用原始的WINDOW_HANDLE一样使用一个 windowHandle（不过条款5也告诉你为什么应该特别小心隐式类型转换操作符）。

有了这个 WindowHandle class，我们可以重写 displayInfo如下：

// 此函数可以在exception 发生时避免出现资源泄漏问题。
void displayInfo(const Information& info)
{WindowHandle w(createwindow());display info in window corresponding to w;
}

现在即使 displayInfo函数内抛出 exception，createWindow 所产生的窗口还是会被销毁。

只要坚持这个规则，把资源封装在对象内，通常便可以在exceptions 出现时避免泄漏资源。

但如果exception 是在你正取得资源的过程中抛出的，例如在一个“正在抓取资源”的class constructor 内，会发生什么事呢？

如果exception 是在此类资源的自动析构过程中抛出的，又会发生什么事呢？此情况下constructors和destructors 是否需要特殊设计？

是的，它们需要，你可以在条款 10和条款 11中学到这些技术。