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【C++】拷贝控制与资源管理

编程日记 2024-10-11 12:50:00

1. 拷贝控制与资源管理

管理类外资源的类必须定义拷贝控制成员。如P447中所见，这种类需要通过析构函数来释放对象所分配的资源。一旦一个类需要析构函数，那么几乎可确定它也需要一个拷贝构造函数和一个拷贝赋值函数。

明确拷贝语义：可以定义拷贝操作，使类的行为看起来像一个值或者一个指针。

类的行为像一个值，意味着他应该有自己的状态。深拷贝，副本与本身独立。

行为像指针的类则是一个共享状态。浅拷贝，副本与原对象使用相同的底层数据。改变副本也会改变原对象，反之亦然。

CP5_ex13_11_h 实例1：我们将在下一节中展示复制控制成员的定义。但是，您已经知道了实现这些成员所需要知道的一切。在继续阅读之前，先写HasPtr复制构造函数和复制赋值操作符。

假设我们希望HasPtr的行为像一个值。也就是说，每个对象都应该有自己的对象所指向的字符串副本。

#include <string>

class HasPtr {
public:HasPtr(const std::string &s = std::string()) : ps(new std::string(s)), i(0) { }HasPtr(const HasPtr &hp) : ps(new std::string(*hp.ps)), i(hp.i) { }HasPtr& operator=(const HasPtr &hp) {auto new_p = new std::string(*hp.ps);delete ps;ps = new_p;i = hp.i;return *this;}~HasPtr() { delete ps;} 
private:std::string *ps;int i;
};

2. 行为像值的类：意味着他应该有自己的状态。深拷贝，副本与本身独立。

class HasPtr {
public:HasPtr(const std::string &s = std::string()) : ps(new std::string(s)), i(0) { }//对ps指向的每一个string,每个HasPtr对象都有自己的拷贝HasPtr(const HasPtr &hp) : ps(new std::string(*hp.ps)), i(hp.i) { }HasPtr& operator=(const HasPtr &hp) {auto new_p = new std::string(*hp.ps);//拷贝底层stringdelete ps;              //释放旧内存，当发生异常时，能将左侧对象置于以恶搞有意义的状态ps = new_p;             //更新指针指向新的分配的stringi = hp.i;               //从右侧数据拷贝数据到本对象 return *this;   //返回本对象}~HasPtr() { delete ps;} 
private:std::string *ps;int i;
};

赋值运算符中做了三件事情：
首先，就行了构造函数的工作：new_p的初始化器等价于HasPtr的拷贝构造函数中的ps的初始化器。

接着，与析构函数一样，我们delete当前ps指向的string。

然后，拷贝指向新分配的string指针，以及将i拷贝int值到本对象。

 HasPtr& operator=(const HasPtr &hp) {auto new_p = new std::string(*hp.ps);//拷贝底层stringdelete ps;              //释放旧内存，当发生异常时，能将左侧对象置于以恶搞有意义的状态ps = new_p;             //更新指针指向新的分配的stringi = hp.i;               //从右侧数据拷贝数据到本对象 return *this;   //返回本对象}

所以本质上：赋值运算符是组合了析构函数和拷贝构造函数的工作。这里的顺序很重要，必须先拷贝，再释放
一个好的模式是：先将右侧对象拷贝到一个临时对象中，当拷贝完成时，销毁左侧运算对象的现有成员就安全了。
一旦左侧对象先被释放或资源被销毁，就只剩下将数据从临时对象拷贝到右侧运算对象的成员中。

3. 行为像指针的类：是一个共享状态。浅拷贝，副本与原对象使用相同的底层数据。改变副本也会改变原对象。

对于行为类似指针的类，我们需要为其定义拷贝构造函数和拷贝赋值运算符，来拷贝指针成员本身而不是它指向的 string。我们的类仍然需要自己的析构函数来释放接受string参数的构造函数分配的内存(P447)。但是，在本例中，析构函数不能单万面地释放关联的string。只有当最后一个指向string的HasPtr销毁时，才可以释放string。

令一个类展现类似指针的行为的最好方法是使用shared ptr来管理类中的资源。但是，有时我们希望直接管理资源。在这种情况下，使用引用计数（reference count)(P402）就很有用了。为了说明引用计数如何工作，我们将重新定义HasPtr，令其行为像指针一样，但我们不使用shared_ptr，而是设计自己的引用计数。

引用计数的工作方式如下:

除了初始化对象外，每个构造函数(拷贝构造函数除外)还要创建一个引用计数，用来记录有多少对象与正在创建的对象共享状态。当我们创建一个对象时，只有一个对象共享状态，因此将计数器初始化为

拷贝构造函数不分配新的计数器，而是拷贝给定对象的数据成员，包括计数器。拷贝构造函数递增共享的计数器，指出给定对象的状态又被一个新用户所共享。

析构函数递减计数器，指出共享状态的用户少了一个。如果计数器变为0,则析构函数释放状态。

拷贝赋值运算符递增右侧运算对象的计数器，递碱左侧运算对象的计数器。如果左侧运算对象的计数器变为0,意味着它的共享状态没有用户了，拷贝赋值运算符就必须销毁状态。

定义一个使用引用计数的类，类指针的拷贝成员，“篡改”引用计数

class HasPtr {
public://构造分配新的string和新的计数器，将计数器置为1HasPtr(const std::string &s = std::string()) : ps(new std::string(s)), i(0)，use(new std::size_t(1)) { }//拷贝构造函数，拷贝所有的3个数据成员，并递增计数器HasPtr(const HasPtr &p) : ps(p.ps), i(p.i),use(p.use) {++ *use; }//HasPtr& operator=(const HasPtr &hp) {}~HasPtr() {} private:std::string *ps;int i;std::size_t *use;//用来记录有多少个对象共享 *ps 的成员
};

如上，当拷贝或赋值一个HasPtr对象时，希望副本和原对象都指向相同的string。即拷贝HasPtr对象时，我们拷贝ps本身，而不是ps指向的string。当我们拷贝时，还会递增string关联的计数器。

当拷贝构造函数给定HasPtr的所有3个函数成员时，构造函数还递增 use成员，指出ps和p.ps指向的string又有一个新的用户。

析构函数不能无条件的delete ps,可能还有其他对象指向这块内存。析构函数应该递减引用计数，指出共享string的对象少了一个。如果计数器变为0，则析构函数释放ps以及use指向的指针。

 HasPtr::~HasPtr() {if(-- *use == 0){delete ps;delete use;}
}

拷贝赋值运算符一样执行拷贝构造函数与析构函数的工作。即，递增右侧运算对象的引用计数，递减左侧运算对象的引用计数，必要时释放内存。

HasPtr& HasPtr：：operator= (const HasPtr &rhs)++*rhs.use;        //递增右侧对象的引用计数if(*--*use == 0){    //然后，递减本对象的引用计数delete ps;delete use;}ps = rhs.ps;        //将数据从rhs中拷贝到对象i =rhs.i;use=rhs.use;return *this        //返回本对象
}

Exercise 13.27 P475：定义自己的引用计数版本的HasPtr。

#include <string>class HasPtr {
public:HasPtr(const std::string &s = std::string()) :ps(new std::string(s)), i(0), use(new size_t(1)) { }HasPtr(const HasPtr &hp) : ps(hp.ps), i(hp.i), use(hp.use) { ++*use; }HasPtr& operator=(const HasPtr &rhs) {++*rhs.use;if (--*use == 0) {delete ps;delete use;}ps = rhs.ps;i = rhs.i;use = rhs.use;return *this;}~HasPtr() {if (--*use == 0) {delete ps;delete use;}} 
private:std::string *ps;int i;size_t *use;
};

Exercise 13.28：给定以下类，实现默认构造函数和必要的复制控制成员。

#include <string>
using std::string;class TreeNode {
public:TreeNode() : value(string()), count(new int(1)), left(nullptr), right(nullptr) { }TreeNode(const TreeNode &rhs) : value(rhs.value), count(rhs.count), left(rhs.left), right(rhs.right) { ++*count; }TreeNode& operator=(const TreeNode &rhs);~TreeNode() {if (--*count == 0) {delete left;delete right;delete count;}}private:std::string value;int         *count;TreeNode    *left;TreeNode    *right;
};class BinStrTree {
public:BinStrTree() : root(new TreeNode()) { }BinStrTree(const BinStrTree &bst) : root(new TreeNode(*bst.root)) { }BinStrTree& operator=(const BinStrTree &bst);~BinStrTree() { delete root; }private:TreeNode *root;
};

https://www.dkcj.cn/info/22574.html

【C++】拷贝控制与资源管理

1. 拷贝控制与资源管理

2. 行为像值的类：意味着他应该有自己的状态。深拷贝，副本与本身独立。

3. 行为像指针的类：是一个共享状态。浅拷贝，副本与原对象使用相同的底层数据。改变副本也会改变原对象。

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