條目13中介紹了“資源獲取即初始化”(Resource Acquisition Is Initialization,簡稱RAII)的概念,它是資源管理的中心內容。同時條目13中還使用auto_ptr和tr1::shared_ptr作為示例,描述了如何利用這一概念來管理堆上的資源。然而并不是所有的資源都分配于堆上,對于不分配于堆上的資源,諸如auto_ptr和tr1::shared_ptr這一類的智能指針并不適合于處理它們。這是千真萬確的,你必須不時地自己動手,創建自己的資源管理類。
舉例說,你正使用一個C版本的API所提供的lock和unlock函數來處理Mutex類型的互斥對象:
void lock(Mutex *pm); // 通過pm為互斥量上鎖
void unlock(Mutex *pm); // 為互斥量解鎖
為了確保你曾上鎖的互斥量都得到解鎖,你應該自己編寫一個類來管理互斥鎖。這樣的類的基本結構應遵循RAII的原理,那就是:資源在構造過程中獲得,在析構過程中釋放:
class Lock {
public:
explicit Lock(Mutex *pm)
: mutexPtr(pm)
{ lock(mutexPtr); } // 獲取資源
~Lock() { unlock(mutexPtr); } // 釋放資源
private:
Mutex *mutexPtr;
};
客戶通過傳統的RAII風格來使用Lock類:
Mutex m; // 定義互斥量以便使用
...
{ // 創建程序塊用來定義臨界區
Lock ml(&m); // 為互斥量上鎖
... // 進行臨界區操作
} // 在程序塊末尾互斥量將自動解鎖
這樣可以正常工作,但是如果復制一個Lock對象,將會發生些什么呢?
Lock ml1(&m); // 為m上鎖
Lock ml2(ml1); // 把ml1復制給ml2
// 將會發生什么呢?
有一個問題是所有的RAII類創建者必須面對的,那就是:當復制一個RAII對象時應做些什么。以上是對于這個一般化問題的一個較具體的示例。大多數時候,以下四種可行的方案供你選擇。
l 禁止復制。在許多情況下,允許RAII被復制沒有任何意義。比如對于Lock類來說就是這樣,因為復制同步原型在大多數情況下都沒有什么意義。當復制一個RAII類無意義時,你就應該禁止它。條目6中詳細介紹了實現方法:將拷貝賦值運算符聲明為私有的。對于Lock而言,應該是下面的情形:
class Lock: private Uncopyable { // 防止復制 — 參見條目6
public:
... // 同上
};
l 為潛在生成的資源進行引用計數。有時,我們期望能保留對一個資源的所有權,直到其所涉及的最后一個對象被刪除為止。在這種情況下,復制一個RAII對象將會添加一個引用資源對象的計數。這就是tr1::shared_ptr所使用的“復制”的含義。
通常情況下,RAII類可以通過包含一個tr1::shared_ptr數據成員來實現引用計數復制行為。舉例說,如果Lock在設計時之初就期望使用引用計數,它可能會用tr1::shared_ptr<Mutex>代替Mutex*來作為mutexPtr的類型。但是不幸的是,tr1::shared_ptr默認的行為是:當引用計數值變為零時,刪除其所指向的內容,但這不是我們想要的。當一個Mutex用完時,我們希望對其進行的操作是解鎖,而不是刪除它。
所幸的是,tr1::shared_ptr允許指定一個“刪除器”,它是一個函數或一個函數對象,用于在引用計數值為零時進行調用。(auto_ptr并不包含這一特性,它總是刪除它所指向的內容。)刪除器是tr1::shared_ptr構造函數的第二個(可選的)參數,所以代碼應該是這樣的:
class Lock {
public:
explicit Lock(Mutex *pm) // 初始化shared_ptr,參數為
: mutexPtr(pm, unlock) // 指向Mutex的指針和解鎖函數
lock(mutexPtr.get()); // 關于"get"的信息請參見條目15
}
private:
std::tr1::shared_ptr<Mutex> mutexPtr;
}; // 使用shared_ptr而不是原始指針
在本示例中,請注意Lock類不再聲明析構函數。這是因為我們不再需要它了。條目5中介紹了類的析構函數(無論是編譯器自動生成的還是用戶自定義的)會自動為類的非靜態數據成員進行析構。就像本示例中的mutexPtr。然而,當互斥量的引用計數變為零時,mutexPtr將會自動調用tr1::shared_ptr的刪除器unlock。(此時如果你為代碼添加了一段注釋,告訴人們你并沒有忘記編寫析構函數,你只是借助了默認的編譯器行為。人們看了這樣的注釋思路會更清晰一些。他們會感激你的。)
l 復制潛在生成的資源。一些時候,你可以在需要的情況下為資源復制出任意份數的副本,此時你需要一個資源管理類的唯一理由就是:確保每份副本在其工作完成之后得到釋放。在這種情況下,復制資源管理對象的同時,也要復制出其所涉及的資源。也可以說,復制一個資源管理對象時,將進行“深度復制”。
標準string類型的一些實現版本中,包含著一個指向堆內存的指針,這個指針所指向的就是字符串所保存的位置。這樣的string對象包含著一個指向堆內存的指針。當一個string對象被復制時,將同時復制這一指針和其指向的內存。這樣的string就進行了一次深度復制。
l 傳遞潛在生成資源的所有權。在少數情況下,你可能需要確保僅僅有一個RAII對象引用了一個原始的資源,當復制這一RAII對象時,資源的所有權也將從源對象傳遞到目標對象。如同條目13中所解釋的,這是通過auto_ptr所實現的“復制”的含義。
拷貝函數(拷貝構造函數和拷貝賦值運算符)可以由編譯器自動生成,但是如果編譯器自動生成版本無法滿足你的需要(條目5中解釋了C++的默認行為),你就應該自己編寫這些函數。在一些情況下,你可能還會需要支持這些函數的一般化的版本。這些版本將在條目45中介紹。
時刻牢記
l 由于復制一個RAII對象必須要同時復制其所管理的資源,因此資源的復制行為決定RAII對象的復制行為。
l RAII類有兩種一般性的復制行為:禁止復制和進行資源計數。同時其他的行為也是可能存在的。