條目13中介紹了“資源獲取即初始化”(Resource Acquisition Is Initialization,簡(jiǎn)稱RAII)的概念,它是資源管理的中心內(nèi)容。同時(shí)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(lái)管理堆上的資源。然而并不是所有的資源都分配于堆上,對(duì)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(wàn)確的,你必須不時(shí)地自己動(dòng)手,創(chuàng)建自己的資源管理類。
舉例說(shuō),你正使用一個(gè)C版本的API所提供的lock和unlock函數(shù)來(lái)處理Mutex類型的互斥對(duì)象:
void lock(Mutex *pm); // 通過(guò)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(yīng)該自己編寫一個(gè)類來(lái)管理互斥鎖。這樣的類的基本結(jié)構(gòu)應(yīng)遵循RAII的原理,那就是:資源在構(gòu)造過(guò)程中獲得,在析構(gòu)過(guò)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(guò)傳統(tǒng)的RAII風(fēng)格來(lái)使用Lock類:
Mutex m; // 定義互斥量以便使用
...
{ // 創(chuàng)建程序塊用來(lái)定義臨界區(qū)
Lock ml(&m); // 為互斥量上鎖
... // 進(jìn)行臨界區(qū)操作
} // 在程序塊末尾互斥量將自動(dòng)解鎖
這樣可以正常工作,但是如果復(fù)制一個(gè)Lock對(duì)象,將會(huì)發(fā)生些什么呢?
Lock ml1(&m); // 為m上鎖
Lock ml2(ml1); // 把ml1復(fù)制給ml2
// 將會(huì)發(fā)生什么呢?
有一個(gè)問(wèn)題是所有的RAII類創(chuàng)建者必須面對(duì)的,那就是:當(dāng)復(fù)制一個(gè)RAII對(duì)象時(shí)應(yīng)做些什么。以上是對(duì)于這個(gè)一般化問(wèn)題的一個(gè)較具體的示例。大多數(shù)時(shí)候,以下四種可行的方案供你選擇。
l 禁止復(fù)制。在許多情況下,允許RAII被復(fù)制沒(méi)有任何意義。比如對(duì)于Lock類來(lái)說(shuō)就是這樣,因?yàn)閺?fù)制同步原型在大多數(shù)情況下都沒(méi)有什么意義。當(dāng)復(fù)制一個(gè)RAII類無(wú)意義時(shí),你就應(yīng)該禁止它。條目6中詳細(xì)介紹了實(shí)現(xiàn)方法:將拷貝賦值運(yùn)算符聲明為私有的。對(duì)于Lock而言,應(yīng)該是下面的情形:
class Lock: private Uncopyable { // 防止復(fù)制 — 參見(jiàn)條目6
public:
... // 同上
};
l 為潛在生成的資源進(jìn)行引用計(jì)數(shù)。有時(shí),我們期望能保留對(duì)一個(gè)資源的所有權(quán),直到其所涉及的最后一個(gè)對(duì)象被刪除為止。在這種情況下,復(fù)制一個(gè)RAII對(duì)象將會(huì)添加一個(gè)引用資源對(duì)象的計(jì)數(shù)。這就是tr1::shared_ptr所使用的“復(fù)制”的含義。
通常情況下,RAII類可以通過(guò)包含一個(gè)tr1::shared_ptr數(shù)據(jù)成員來(lái)實(shí)現(xiàn)引用計(jì)數(shù)復(fù)制行為。舉例說(shuō),如果Lock在設(shè)計(jì)時(shí)之初就期望使用引用計(jì)數(shù),它可能會(huì)用tr1::shared_ptr<Mutex>代替Mutex*來(lái)作為mutexPtr的類型。但是不幸的是,tr1::shared_ptr默認(rèn)的行為是:當(dāng)引用計(jì)數(shù)值變?yōu)榱銜r(shí),刪除其所指向的內(nèi)容,但這不是我們想要的。當(dāng)一個(gè)Mutex用完時(shí),我們希望對(duì)其進(jìn)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(gè)“刪除器”,它是一個(gè)函數(shù)或一個(gè)函數(shù)對(duì)象,用于在引用計(jì)數(shù)值為零時(shí)進(jìn)行調(diào)用。(auto_ptr并不包含這一特性,它總是刪除它所指向的內(nèi)容。)刪除器是tr1::shared_ptr構(gòu)造函數(shù)的第二個(gè)(可選的)參數(shù),所以代碼應(yīng)該是這樣的:
class Lock {
public:
explicit Lock(Mutex *pm) // 初始化shared_ptr,參數(shù)為
: mutexPtr(pm, unlock) // 指向Mutex的指針和解鎖函數(shù)
lock(mutexPtr.get()); // 關(guān)于"get"的信息請(qǐng)參見(jiàn)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(qǐng)注意Lock類不再聲明析構(gòu)函數(shù)。這是因?yàn)槲覀儾辉傩枰恕l目5中介紹了類的析構(gòu)函數(shù)(無(wú)論是編譯器自動(dòng)生成的還是用戶自定義的)會(huì)自動(dòng)為類的非靜態(tài)數(shù)據(jù)成員進(jìn)行析構(gòu)。就像本示例中的mutexPtr。然而,當(dāng)互斥量的引用計(jì)數(shù)變?yōu)榱銜r(shí),mutexPtr將會(huì)自動(dòng)調(diào)用tr1::shared_ptr的刪除器unlock。(此時(shí)如果你為代碼添加了一段注釋,告訴人們你并沒(méi)有忘記編寫析構(gòu)函數(shù),你只是借助了默認(rèn)的編譯器行為。人們看了這樣的注釋思路會(huì)更清晰一些。他們會(huì)感激你的。)
l 復(fù)制潛在生成的資源。一些時(shí)候,你可以在需要的情況下為資源復(fù)制出任意份數(shù)的副本,此時(shí)你需要一個(gè)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(fù)制資源管理對(duì)象的同時(shí),也要復(fù)制出其所涉及的資源。也可以說(shuō),復(fù)制一個(gè)資源管理對(duì)象時(shí),將進(jìn)行“深度復(fù)制”。
標(biāo)準(zhǔn)string類型的一些實(shí)現(xiàn)版本中,包含著一個(gè)指向堆內(nèi)存的指針,這個(gè)指針?biāo)赶虻木褪亲址4娴奈恢谩_@樣的string對(duì)象包含著一個(gè)指向堆內(nèi)存的指針。當(dāng)一個(gè)string對(duì)象被復(fù)制時(shí),將同時(shí)復(fù)制這一指針和其指向的內(nèi)存。這樣的string就進(jìn)行了一次深度復(fù)制。
l 傳遞潛在生成資源的所有權(quán)。在少數(shù)情況下,你可能需要確保僅僅有一個(gè)RAII對(duì)象引用了一個(gè)原始的資源,當(dāng)復(fù)制這一RAII對(duì)象時(shí),資源的所有權(quán)也將從源對(duì)象傳遞到目標(biāo)對(duì)象。如同條目13中所解釋的,這是通過(guò)auto_ptr所實(shí)現(xiàn)的“復(fù)制”的含義。
拷貝函數(shù)(拷貝構(gòu)造函數(shù)和拷貝賦值運(yùn)算符)可以由編譯器自動(dòng)生成,但是如果編譯器自動(dòng)生成版本無(wú)法滿足你的需要(條目5中解釋了C++的默認(rèn)行為),你就應(yīng)該自己編寫這些函數(shù)。在一些情況下,你可能還會(huì)需要支持這些函數(shù)的一般化的版本。這些版本將在條目45中介紹。
時(shí)刻牢記
l 由于復(fù)制一個(gè)RAII對(duì)象必須要同時(shí)復(fù)制其所管理的資源,因此資源的復(fù)制行為決定RAII對(duì)象的復(fù)制行為。
l RAII類有兩種一般性的復(fù)制行為:禁止復(fù)制和進(jìn)行資源計(jì)數(shù)。同時(shí)其他的行為也是可能存在的。