Скотт Майерс - Эффективное использование C++. 55 верных способов улучшить структуру и код ваших программ

• Название: Эффективное использование C++. 55 верных способов улучшить структуру и код ваших программ
• Автор: Скотт Майерс
• Жанр: Программирование
• Год: 2006
• ISBN: 5-94074-304-8

Эта книга представляет собой перевод третьего издания американского бестселлера Effective C++ и является руководством по грамотному использованию языка C++. Она поможет сделать ваши программы более понятными, простыми в сопровождении и эффективными. Помимо материала, описывающего общую стратегию проектирования, книга включает в себя главы по программированию с применением шаблонов и по управлению ресурсами, а также множество советов, которые позволят усовершенствовать ваши программы и сделать работу более интересной и творческой. Книга также включает новый материал по принципам обработки исключений, паттернам проектирования и библиотечным средствам.

Издание ориентировано на программистов, знакомых с основами C++ и имеющих навыки его практического применения.

---

Нет смысла вызывать конструктор копирования из оператора присваивания, поскольку вы тем самым попытаетесь сконструировать объект, который уже существует. Это настолько бессмысленно, что даже не существует синтаксиса для такой операции. Есть синтаксис, который выглядит так, будто вы делаете это, хотя на самом деле он означает совсем иное. Есть также синтаксис, который позволяет это сделать, но совершенно неочевидным способом, причем при некоторых условиях ваш объект может быть поврежден. Поэтому я не покажу ни тот, ни другой. Просто примите как данность, что вызывать из оператора присваивания конструктор копирования не следует.

Попытка выполнить обратную операцию – из конструктора копирования вызвать оператор присваивания – также бессмысленна. Конструктор инициализирует новые объекты, а оператор присваивания работает с уже существующими и инициализированными объектами. Выполнять присваивание объекту, находящемуся в процессе конструирования, – значит делать с еще не инициализированным объектом что-то такое, что имеет смысл только для инициализированного объекта. Нонсенс! Даже не пытайтесь.

Но если вы обнаружите, что ваш конструктор копирования и оператор присваивания содержат похожий код, попробуйте избежать дублирования, создав функцию-член, которую будут вызывать оба. Такая функция обычно делается закрытой и часто называется init. Эта стратегия представляет безопасный, испытанный способ избежать дублирования кода в конструкторах копирования и операторах присваивания.

Что следует помнить

• Копирующие функции должны гарантировать копирование всех членов-данных объекта и частей его базовых классов.

• Не пытайтесь реализовать одну из копирующих функций в терминах другой. Вместо этого поместите общую функциональность в третью функцию, которую вызовут обе.

Глава 3 Управление ресурсами

Ресурс – это нечто такое, что после использования должно быть возвращено системе. Если этого не сделать, случаются неприятности. В программах на C++ наиболее часто используемым ресурсом является динамическая память (если вы выделяете память и никогда ее не освобождаете, то получаете утечку памяти), но это лишь один из множества ресурсов, которыми нужно управлять. К другим часто используемым ресурсам относятся файловые дескрипторы, мьютексы, шрифты и кисти в графических интерфейсах пользователя (GUI), соединения с базой данных и сетевые сокеты. Независимо от вида ресурсов, важно, чтобы по окончании использования они были освобождены.

Попытки обеспечить это «вручную» представляют сложность при любых условиях, но если принять во внимание исключения, функции со многими путями возврата и приложения, модифицируемое программистами без отчетливого понимания последствий вносимых изменений, то становится ясно, что придумывать в каждом случае особый способ управления ресурсами нежелательно.

Эта глава начинается с прямого, базирующегося на объектах подхода к управлению ресурсами, построенного на имеющейся в C++ поддержке для конструкторов, деструкторов и операций копирования. Опыт показывает, что при дисциплинированном подходе можно исключить почти все проблемы с управлением ресурсами. Следующие далее правила посвящены исключительно управлению памятью. Каждое следующее правило уточняет предыдущие: объекты, управляющие памятью, должны делать это правильно.

Правило 13: Используйте объекты для управления ресурсами

Предположим, что мы работаем с библиотекой, моделирующей инвестиции (то есть акции, облигации и т. п.), и классы, представляющие разные виды инвестиций, наследуются от корневого класса Investment:

class Investment {...} // корневой класс иерархии

// типов инвестиций

Предположим далее, что библиотека предоставляет объекты, описывающие конкретные инвестиции, с помощью фабричной функции (см. правило 7):

Investment *createInvestment(); // возвращает указатель на динамически

// распределенный объект в иерархии

// Investment: вызвавший клиент обязан

// удалить его (параметры для простоты

// опущены)

Как следует из комментария, пользователь, вызвавший createlnvestment, отвечает за удаление объекта, возвращенного этой функцией, по окончании его использования. Рассмотрим теперь функцию f, которая это делает:

void f()

{

Investment *pInv = createInvestment(); // вызвать фабричную функцию

... // использовать pInv

delete pInv; // освободить память, занятую

} // объектом

Выглядит хорошо, но есть несколько случаев, когда f не удастся удалить объект инвестиций, полученный от createlnvestment. Где-нибудь внутри непоказанной части функции может встретиться предложение return. Если такой возврат будет выполнен, то управление никогда не достигнет оператора delete. Похожая ситуация может случиться, если вызов createlnvestment и delete поместить в в цикл, и этот цикл будет прерван в результате выполнения goto или continue. И наконец, некоторые предложения внутри части, обозначенной «…», могут возбудить исключение. И в этом случае управление не дойдет до оператора delete. Независимо от того, почему delete будет пропущен, мы потеряем не только память, выделенную для объекта Investment, но и все ресурсы, которые он захватил.

Конечно, тщательное программирование может предотвратить ошибки подобного рода, но подумайте о том, как может измениться код со временем. При сопровождении программы кто-то может добавить предложение return или continue, не вполне понимая последствий своих действий для стратегии управления ресурсами, реализованной в данной функции. Хуже того, часть «…» функции f может вызвать функцию, которая никогда не возбуждала исключений, но начнет это делать после некоторого «усовершенствования». То есть полагаться на то, что f всегда доберется до своего оператора delete, просто нельзя.

Чтобы обеспечить освобождение ресурса, возвращенного createlnvestment, нам нужно инкапсулировать ресурс внутри объекта, чей деструктор автоматически освободит его, когда управление покинет функцию f. Фактически это половина идеи дела: заключая ресурс в объект, мы можем положиться на автоматический вызов деструкторов C++, чтобы гарантировать их освобождение. (Вторую половину мы обсудим чуть ниже.)

Многие ресурсы динамически выделяются из «кучи», используются внутри одного блока или функции и должны быть освобождены, когда управление покидает этот блок или функцию. Для таких ситуаций предназначен класс стандартной библиотеки auto_ptr. Класс auto_ptr описывает объект, подобный указателю (интеллектуальный указатель), чей деструктор автоматически вызывает delete для того, на что он указывает. Вот как использовать auto_ptr для предотвращения потенциальной опасности утечки ресурсов в нашей функции f:

void f()

{

std::auto_ptr<Investment> pInv(createInvestment()); // вызов фабричной

// функции

... // использование pInv как раньше

} // автоматическое удаление pInv

// деструктором auto_ptr

Этот простой пример демонстрирует два наиболее существенных аспекта применения объектов для управления ресурсами:

• Ресурс захватывается и сразу преобразуется объект, управлящий им. В приведенном примере ресурс, возвращенный функцией createInvestment, используется для инициализации auto_ptr, который будет им управлять. Фактически идею использования объектов для управления ресурсами часто называют Получение Ресурса Есть Инициализация (Resource Acquisition Is Initialization – RAII), поскольку нередко приходится получать ресурс и инициализировать объект управления ресурсом в одном и том же предложении. Иногда полученные ресурсы присваиваются управляющему объекту вместо инициализации, но в любом случае каждый ресурс сразу после получения преобразуется в управляющий им объект.

• Управляющие ресурсами объекты используют свои деструкторы для гарантии освобождения ресурсов. Поскольку деструктор вызывается автоматически при уничтожении объекта (например, когда объект выходит из области действия), ресурсы корректно освобождаются независимо от того, как управление покидает блок. Ситуация осложняется, когда в ходе освобождения ресурса может возникнуть исключение, но эта тема обсуждается в правиле 8, поэтому сейчас мы о ней говорить не будем.

Так как деструктор auto_ptr автоматически удаляет то, на что указывает, важно, чтобы ни в какой момент времени не существовало более одного auto_ptr, указывающего на один и тот же объект. Если такое случается, то объект будет удален более одного раза, что обязательно приведет к неопределенному поведению. Чтобы предотвратить такие проблемы, объекты auto_ptr обладают необычным свойством: при копировании (посредством копирующих конструкторов или операторов присваивания) внутренний указатель в старом объекте становится равным нулю, а новый объект получает ресурс в свое монопольное владение!