Вступ
C ++ обробляє змінні визначених користувачем типів із значенням семантики . Це означає, що об'єкти неявно копіюються в різних контекстах, і ми повинні розуміти, що насправді означає "копіювання об'єкта".
Розглянемо простий приклад:
class person
{
std::string name;
int age;
public:
person(const std::string& name, int age) : name(name), age(age)
{
}
};
int main()
{
person a("Bjarne Stroustrup", 60);
person b(a); // What happens here?
b = a; // And here?
}
(Якщо name(name), age(age)частина вас спантеличує , це називається списком ініціалізаторів членів .)
Спеціальні функції членів
Що означає копіювати personоб’єкт? mainФункція показує два різні сценарії копіювання. Ініціалізація person b(a);виконується конструктором копіювання . Його завдання - побудувати свіжий об’єкт, виходячи зі стану існуючого об’єкта. Присвоєння b = aвиконує оператор присвоєння копії . Його робота, як правило, трохи складніша, тому що цільовий об’єкт вже знаходиться в якомусь дійсному стані, з яким потрібно вирішуватись.
Оскільки ми самі не оголосили ані конструктора копіювання, ані оператора присвоєння (ані деструктора), це для нас неявно визначено. Цитата від стандарту:
Конструктор копій та оператор призначення копії, [...] та деструктор - це спеціальні функції членів. [ Примітка : Реалізація неявно оголошує ці функції членів для деяких типів класів, коли програма не оголошує їх явно.
Реалізація неявно визначатиме їх, якщо вони будуть використані. [...] кінцева примітка ] [n3126.pdf розділ 12 §1]
За замовчуванням копіювання об’єкта означає копіювання його членів:
Неявно визначений конструктор копій для несоюзного класу X виконує копіювання його суб'єктів, що належать до нього. [n3126.pdf розділ 12.8 §16]
Определено неявно визначений оператор присвоєння копії для несоюзного класу X виконує присвоєння ним копії в суб'єктах. [n3126.pdf розділ 12.8 §30]
Неявні визначення
Неявно визначені функції спеціального члена personвиглядають так:
// 1. copy constructor
person(const person& that) : name(that.name), age(that.age)
{
}
// 2. copy assignment operator
person& operator=(const person& that)
{
name = that.name;
age = that.age;
return *this;
}
// 3. destructor
~person()
{
}
Копіювання в національному порядку - це саме те, що ми хочемо в цьому випадку:
nameі ageкопіюються, тому ми отримуємо самостійний незалежний personоб'єкт. Неявно визначений деструктор завжди порожній. Це також добре в цьому випадку, оскільки ми не набули жодних ресурсів у конструкторі. Деструктори членів неявно викликаються після закінчення personдеструктора:
Після виконання корпусу деструктора та знищення будь-яких автоматичних об'єктів, виділених всередині тіла, деструктор класу X викликає деструктори для безпосередніх [...] членів X [n3126.pdf 12.4 §6]
Управління ресурсами
Тож коли ми повинні чітко заявляти про ці спеціальні функції членів? Коли наш клас керує ресурсом , тобто коли об’єкт класу відповідає за цей ресурс. Зазвичай це означає, що ресурс накопичується в конструкторі (або передається в конструктор) і випускається в деструктор.
Повернемося в часі до попереднього стандарту C ++. Такого не було std::string, і програмісти були закохані у вказівники. personКлас міг виглядати наступним чином :
class person
{
char* name;
int age;
public:
// the constructor acquires a resource:
// in this case, dynamic memory obtained via new[]
person(const char* the_name, int the_age)
{
name = new char[strlen(the_name) + 1];
strcpy(name, the_name);
age = the_age;
}
// the destructor must release this resource via delete[]
~person()
{
delete[] name;
}
};
Навіть сьогодні люди все ще пишуть заняття в цьому стилі і потрапляють у неприємності: « Я штовхнув людину у вектор, і тепер я отримую шалені помилки пам’яті! » Пам’ятайте, що за замовчуванням копіювання об’єкта означає копіювання його членів, а копіювання nameчлена просто копіює покажчик, а не масив символів, на який він вказує! Це має кілька неприємних наслідків:
- Зміни через
aможна спостерігати через b.
- Після
bзнищення a.name- це звисаючий покажчик.
- Якщо
aйого знищити, видалення звисаючого покажчика призводить до невизначеної поведінки .
- Оскільки в призначенні не враховується те, на що
nameвказувалося перед призначенням, рано чи пізно ви отримаєте витоки пам'яті в усьому місці.
Явні визначення
Оскільки копіювання в контингенті не дає бажаного ефекту, ми повинні чітко визначити конструктор копій та оператор призначення копії, щоб зробити глибокі копії масиву символів:
// 1. copy constructor
person(const person& that)
{
name = new char[strlen(that.name) + 1];
strcpy(name, that.name);
age = that.age;
}
// 2. copy assignment operator
person& operator=(const person& that)
{
if (this != &that)
{
delete[] name;
// This is a dangerous point in the flow of execution!
// We have temporarily invalidated the class invariants,
// and the next statement might throw an exception,
// leaving the object in an invalid state :(
name = new char[strlen(that.name) + 1];
strcpy(name, that.name);
age = that.age;
}
return *this;
}
Зверніть увагу на різницю між ініціалізацією та призначенням: перед тим, як призначити, nameщоб запобігти витоку пам'яті, ми повинні зруйнувати старий стан . Також ми маємо захищатись від самопризначення форми x = x. Без цієї перевірки delete[] nameбуде видалено масив, що містить рядок джерела , тому що, коли ви пишете x = x, обидва this->nameі that.nameмістять однаковий покажчик.
Виняток безпеки
На жаль, це рішення не вдасться, якщо new char[...]викине виняток через виснаження пам'яті. Одне можливе рішення - ввести локальну змінну та змінити порядок операторів:
// 2. copy assignment operator
person& operator=(const person& that)
{
char* local_name = new char[strlen(that.name) + 1];
// If the above statement throws,
// the object is still in the same state as before.
// None of the following statements will throw an exception :)
strcpy(local_name, that.name);
delete[] name;
name = local_name;
age = that.age;
return *this;
}
Це також забезпечує самопризначення без явної перевірки. Ще більш надійним рішенням цієї проблеми є ідіома копіювання та заміни , але я не буду тут вникати в деталі безпеки виключень. Я лише згадав про винятки, щоб зробити наступне: Класи написання, які керують ресурсами, важкі.
Некопіювані ресурси
Деякі ресурси не можна або не слід копіювати, наприклад, ручки файлів або мутекси. У такому випадку просто оголосіть конструктор копій та оператор призначення копії як privateбез визначення:
private:
person(const person& that);
person& operator=(const person& that);
Крім того, ви можете успадкувати їх boost::noncopyableабо оголосити їх видаленими (на C ++ 11 і вище):
person(const person& that) = delete;
person& operator=(const person& that) = delete;
Правило трьох
Іноді потрібно реалізувати клас, який керує ресурсом. (Ніколи не керуйте кількома ресурсами в одному класі, це призведе лише до болю.) У цьому випадку запам’ятайте правило трьох :
Якщо вам потрібно чітко оголосити або деструктора, конструктора копіювання або оператора присвоєння копії самостійно, вам, ймовірно, потрібно чітко заявити про всі три з них.
(На жаль, це "правило" не застосовується стандартом C ++ чи будь-яким мені компілятором.)
Правило п'яти
Починаючи з C ++ 11, об’єкт має 2 додаткові функції спеціального члена: конструктор переміщення та призначення переміщення. Правило п'яти держав здійснювати і ці функції.
Приклад із підписами:
class person
{
std::string name;
int age;
public:
person(const std::string& name, int age); // Ctor
person(const person &) = default; // Copy Ctor
person(person &&) noexcept = default; // Move Ctor
person& operator=(const person &) = default; // Copy Assignment
person& operator=(person &&) noexcept = default; // Move Assignment
~person() noexcept = default; // Dtor
};
Правило нуля
Правило 3/5 також називається правилом 0/3/5. Нульова частина правила вказує, що ви можете не писати жодної функції спеціального члена під час створення свого класу.
Поради
Більшу частину часу вам не потрібно самостійно керувати ресурсом, тому що існуючий клас на зразок std::stringвже робить це за вас. Просто порівняйте простий код за допомогою std::stringчлена з перекрученою та схильною до помилок альтернативою з використанням a, char*і ви повинні переконатися. Поки ви тримаєтесь подалі від необроблених членів вказівника, правило трьох навряд чи стосуватиметься вашого власного коду.
c++-faqтеги вікі , перш ніж голосувати , щоб закрити .