C++资源管理

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对Effective C++在资源管理部分的内容进行总结。

C++运行时内存

C++运行时内存主要分为data、bss(Block Started by Symbol)、stack、heap和常量区（包含init、text和rodata段）。其中bss段存储程序中未被初始化的变量（全局变量和static local），它们在程序运行开始前会被初始化为0，对应到C++中就是做了zero initialization，详见我的博文。这么做的目的是为了优化可执行文件的大小，考虑到我们未给这些变量赋值，所以他们在可执行文件并不存在实体，所谓的bss段在可执行文件中只是一个placeholder。data段则相反，存储程序中已经被初始化的变量。stack中的变量由编译器自动分配和清除，所以称作自动变量。heap区由new调用构造函数初始化，由delete调用析构函数回收。在部分文章中还将heap进一步细化出一个自由存储区，指由C系函数malloc等分配并由free等释放的内存。

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int very_big[100000] = {1, 2}; // 在.data段会产生很大的编译结果
int empty[100000]; // 在.bss段
// Demo in https://stackoverflow.com/questions/30838144/what-all-local-variables-goto-data-bss-segment
void foo(void)
{
    static char array1[256] = "";            // Goes in BSS, probably
    static char array2[256] = "ABCDEFXYZ";  // Goes in Data
    static const char string[] = "Kleptomanic Hypochondriac"; // Goes in Text, probably
    ...
}

RAII

可以看出对于动态分配的内存（堆和自由存储）必须能够在适当时机调用delete/free进行释放，否则会造成泄露，也有可能某处代码在先前已经delete/free了，造成悬空指针undefined behaviour。当然可以建立一张表（称为对象池）登记这些指针，当满足一些条件的时候进行删除的手动管理。一个Best Practice是通过RAII借助栈来管理对象。

复制

一般对象之间的复制行为分为4种：

  1. 浅复制：浅复制也是默认复制构造函数的实现，将源对象中的成员复制到新的对象中。因此如果源对象中存在指针，那么实际上源对象和新对象是共享指针指向的对象的，这并不是一个错误的逻辑，但是问题在于新老对象都没有意识到自己和别的对象共享着资源，如果存在析构函数（除非使用手动管理，否则必然要有析构函数用来释放指针指向对象），那么必然会造成悬空指针。
  2. 深复制：需要自定义复制构造函数，在复制行为发生时递归地建立对象成员以及指针指向对象的副本。
  3. 资源控制权转移：资源占用具有排他性，这种有点类似于Rust的语义，其实应当作为移动语义来看。常见的有std::unique_ptr来维护这种语义。
  4. 资源控制权共享：对应起来看就是std::shared_ptr，但这种方案解决了资源释放的问题，对于需要共享的资源设置引用计数，当引用计数变为0时销毁对象，而不再通过构造函数。

深复制

在深复制中可能存在一个问题，假设有若干个派生类继承基类Derived_i : public Base，现在有一个Base * d，但是不知道具体类型，现在希望对这个基类进行深复制。直接调用基类的复制构造函数Base p = new Base(d)显然是行不通的，这是因为C++标准规定了复制构造函数，包括构造函数都不能是虚的。StackOverflow上详细地说明了原因，这是因为C++是静态类型的，所以多态地创建对象没有意义的。常用的办法是自己定义一个clone函数。同样地，对于其他的构造函数，也是不存在多态的，因此如果需要对于不同的参数返回不同的派生类的指针，可以通过定义一个工厂函数来解决。当然对于非继承的类型，当然可以定义三个函数（复制、赋值、析构）进行深复制，假设复制对象obj，可以认为复制了一棵树，树中任何节点（成员）的析构都会导致该节点为树根的子树被删除，所以对于这棵树只能修改树根或叶子，否则会造成内存泄露。

复制构造函数和赋值构造函数

复制构造函数指的形如T(const T &)的构造函数，涉及到C++的复制初始化。其中复制构造函数常被定义为explicit的，此时必须显式地使用该构造函数。在C++11标准之后扩大了范围，将非explicit构造函数都称为转换构造函数。这里要区分转换构造函数T::T(const U &)和类型转换运算符operator T::U()，前者是从U构造T，后者是从自己T构造U。类型转换运算符有很多的作用，常见的是实现将函数返回值加入重载决议。
赋值运算符指的形如T & operator=(const T &)的运算符，指的是赋值而不是初始化操作。

构造

创建只能在栈上构造的类

这个简单，将new和delete变成私有就行

创建只能在堆上构造的类

私有构造函数是可以的。这个时候要在类里面写一个static工厂方法，用来产生一个对象。
或者也可以私有析构函数。

析构

delete this

在MFC里面经常看到delete this。C++是允许这么用的，但需要注意，delete this是这个类的最后一个调用，并且这个对象是用new来分配的。