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.

---

std::auto_ptr<Investment> // pInv1 указывает на объект,

pInv1(createInvestment()); // возвращенный createInvestment()

std::auto_ptr<Investment> pInv2(pInv1); // pInv2 теперь указывает на объект,

// а pInv1 равен null

pInv1 = pInv2; // теперь pInv1 указывает на объект,

// а pInv2 равно null

Это странное поведение при копировании плюс лежащее в его основе требование о том, что ни на какой ресурс, управляемый auto_ptr, не должен указывать более чем один auto_ptr, означает, что auto_ptr – не всегда является наилучшим способом управления динамически выделяемыми ресурсами. Например, STL-контейнеры требуют, чтобы их содержимое при копировании вело себя «нормально», поэтому помещать в них объекты auto_ptr нельзя.

Альтернатива auto_ptr – это интеллектуальные указатели с подсчетом ссылок (reference-counting smart pointer – RCSP). RCSP – это интеллектуальный указатель, который отслеживает, сколько объектов указывают на определенный ресурс, и автоматически удаляет ресурс, когда никто на него не ссылается. Следовательно, RCSP ведет себя подобно сборщику мусора. Но, в отличие от сборщика мусора, RCSP не может разорвать циклические ссылки (когда два неиспользуемых объекта указывают друг на друга).

Класс tr1::shared_prt из библиотеки TR1 (см. правило 54) – это типичный пример RCSP, поэтому вы можете написать:

void f()

{

...

std::tr1::shared_ptr<Investment>

pInv(createStatement()); // вызвать фабричную функцию

... // использовать pInv как раньше

} // автоматически удалить pInv

// деструктором shared_ptr

Этот код выглядит почти так же, как и использующий auto_ptr, но shared_ptr при копировании ведет себя гораздо более естественно:

void f()

{

...

std::tr1::shared_ptr<Investment> // pInv1 указывает на объект,

pInv1(createStatement()); // возвращенный createInvestment

std::tr1::shared_ptr<Investment> // теперь оба объекта pInv1 и pInv2

pInv2(pInv1); // указывают на объект

pInv1 = pInv2; // ничего не изменилось

...

} // pInv1 и pInv2 уничтожены, а объект,

// на который они указывали,

// автоматически удален

Поскольку копирование объектов tr1::shared_ptr работает «как ожидается», то они могут быть использованы в качестве элементов STL-контейнеров, а также в других случаях, когда непривычное поведение auto_ptr нежелательно.

Однако не заблуждайтесь. Это правило посвящено не auto_ptr и tr1::shared_ptr, или любым другим типам интеллектуальных указателей. Здесь мы говорим о важности использования объектов для управления ресурсами. auto_ptr и tr1::shared_ptr – всего лишь примеры объектов, которые делают это. (Более подробно о tr1::shared_ptr читайте в правилах 14, 18 и 54.)

И auto_ptr, и tr1::shared_ptr в своих деструкторах используют оператор delete, а не delete[]. (Разница между ними описана в правиле 16.) Это значит, что нельзя применять auto_ptr и tr1::shared_ptr к динамически выделенным массивам, хотя, как это ни прискорбно, следующий код скомпилируется:

std::auto_ptr<std::string> // плохая идея! Будет

aps(new std::string[10]); // использована не та форма

// оператора delete

std::tr1::shared_ptr<int> spi(new int[1024]); // та же проблема

Вас может удивить, что не предусмотрено ничего подобного auto_ptr или tr1::shared_ptr для работы с динамически выделенными массивами – ни в C++, ни даже в TR1. Это объясняется тем, что такие массивы почти всегда можно заменить векторами или строками (vector и string). Если вы все-таки считаете, что было бы неплохо иметь auto_ptr и tr1::shared_ptr для массивов, обратите внимание на библиотеку Boost (см. правило 55). Там вы найдете классы boost::scoped_array и boost::shared_array, которые предоставляют нужное вам поведение.

Излагаемые здесь правила по использованию объектов для управления ресурсами предполагают, что если вы освобождаете ресурсы вручную (например, применяя delete помимо того, который содержится в деструкторе управляющего ресурсами класса), то поступаете неправильно. Готовые классы для управления ресурсами – вроде auto_ptr и tr1::shared_ptr – часто облегчают выполнение советов из настоящего правила, но иногда приходится иметь дело с ресурсами, для которых поведение этих классов неадекватно. В таких случаях вам придется разработать собственные классы управления ресурсами. Это не так уж трудно сделать, но нужно принять во внимание некоторые соображения (см. правила 14 и 15).

И в качестве завершающего комментария я должен сказать, что возврат из функции createInvestment обычного указателя – это путь к утечкам ресурсов, потому что после обращения к ней очень просто забыть вызвать delete для этого указателя. (Даже если используются auto_ptr или tr1::shared_ptr для выполнения delete, нужно не забыть «обернуть» возвращенное значение интеллектуальным указателем.) Чтобы решить эту проблему, нам придется изменить интерфейс createInvestment, и это станет темой правила 18.

Что следует помнить

• Чтобы предотвратить утечку ресурсов, используйте объекты RAII, которые захватывают ресурсы в своих конструкторах и освобождают в деструкторах.

• Два часто используемых класса RAII – это tr1::shared_ptr и auto_ptr. Обычно лучше остановить выбор на классе tr1::shared_ptr, потому что его поведение при копировании соответствует интуитивным ожиданиям. Что касается auto_ptr, то после копирования он уже не указывает ни на какой объект.

Правило 14: Тщательно продумывайте поведение при копировании классов, управляющих ресурсами

В правиле 13 изложена идея Получение Ресурса Есть Инициализация (Resource Acquisition Is Initialization – RAII), лежащая в основе создания управляющих ресурсами классов. Было также показано, как эта идея воплощается в классах auto_ptr и tr1::shared_ptr для управления динамически выделяемой из кучи памятью. Но не все ресурсы имеют дело с «кучей», и для них интеллектуальные указатели вроде auto_ptr и tr1::shared_ptr обычно не подходят. Время от времени вы будете сталкиваться со случаями, когда понадобится создать собственный класс для управления ресурсами.

Например, предположим, что вы используете написанный на языке C интерфейс для работы с мьютексами – объектами типа Mutex, в котором есть функции lock и unlock:

void lock(Mutex *pm); // захватить мьютекс, на который указывает pm

void unlock(Mutex *pm); // освободить семафор

Чтобы гарантировать, что вы не забудете освободить ранее захваченный Mutex, можно создать управляющий класс. Базовая структура такого класса продиктована принципом RAII, согласно которому ресурс захватывается во время конструирования объекта и освобождается при его уничтожении:

class Lock {

public:

explicit Lock(Mutex *pm)

: mutexPtr(pm)

{lock(mutexPtr);} // захват ресурса

~Lock() {unlock(mutexPtr);} // освобождение ресурса

private:

Mutex *mutexPtr;

};

Клиенты используют класс Lock, как того требует идиома RAII:

Mutex m; // определить мьютекс, который вам нужно использовать

...

{ // создать блок для определения критической секции

Lock ml(&m); // захватить мьютекс

... // выполнить операции критической секции

} // автоматически освободить мьютекс в конце блока

Все прекрасно, но что случится, если скопировать объект Lock?

Lock ml1(&m); // захват m

Lock ml2(ml1); // копирование m1 в m2 – что должно произойти?

Это частный пример общего вопроса, с которым сталкивается каждый разработчик классов RAII: что должно происходить при копировании RAII-объекта? В большинстве случаев выбирается один из двух вариантов:

• Запрет копирования. Во многих случаях не имеет смысла разрешать копирование объектов RAII. Вероятно, это справедливо для класса вроде Lock, потому что редко нужно иметь копии примитивов синхронизации (каковым является мьютекс). Когда копирование RAII-объектов не имеет смысла, вы должны запретить его. Правило 6 объясняет, как это сделать: объявите копирующие операции закрытыми. Для класса Lock это может выглядеть так:

сlass Lock: private Uncopyable { // запрет копирования –

public: // см. правило 6

... // как раньше

};

• Подсчет ссылок на ресурс. Иногда желательно удерживать ресурс до тех пор, пока не будет уничтожен последний объект, который его использует. В этом случае при копировании RAII-объекта нужно увеличивать счетчик числа объектов, ссылающихся на ресурс. Так реализовано «копирование» в классе tr1::shared_ptr.

Часто RAII-классы реализуют копирование с подсчетом ссылок путем включения члена типа tr1::shared_ptr<Mutex>. К сожалению, поведение по умолчанию tr1::shared_ptr заключается в том, что он удаляет то, на что указывает, когда значение счетчика ссылок достигает нуля, а это не то, что нам нужно. Когда мы работаем с Mutex, нам нужно просто разблокировать его, а не выполнять delete.

К счастью, tr1::shared_ptr позволяет задать «чистильщика» – функцию или функциональный объект, который должен быть вызван, когда счетчик ссылок достигает нуля (эта функциональность не предусмотрена для auto_ptr, который всегда удаляет указатель). Функция-чистильщик – это необязательный второй параметр конструктора tr1::shared_ptr, поэтому код должен выглядеть так: