由一份auto_ptr原始碼所引發的思考 (轉)[@more@]

由一份auto_ptr所引發的思考
Kyle

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如果我問你，auto_ptr最關鍵的地方，或者說它與一般指標最不一樣的地方在哪裡，你一定會說它是一個，它與自己所佔有的資源密切相關，當自己消亡的時候，它也會將自己所擁有的資源一同釋放。很好，它之所以會擁有這一特性，全都要歸於析構的功勞，在解構函式中，它會進行善後處理，這樣也就很好的避免了資源洩漏。當然，引入auto_ptr的原因還不至於這麼簡單，因為許多資源洩漏的問題主要是由於我們的粗心大意所致，所以只要我們細心一些，還是會避免一些不該發生的資源洩漏問題。那究竟是什麼原因讓我們引入auto_ptr呢？對了，你一定也想到了，就是在異常處理的時候。Ok,來看下面這個例子：
void foo()
{
ClassA *ptr=new ClassA;
try
{
/* 此處放置可能丟擲異常的操作 */
}
catch(…)
{
delete ptr;
throw;
}
delete ptr;
}
上面這個例子使用了一般的指標，你會發現它防止發生資源洩漏的處理是多麼複雜，必須在每個catch中進行資源的釋放，而且有可能會有許多的catch。天哪，這簡直就是災難，它會使我們的程式碼很長，不易維護，如果忘記其中的一個，就會產生莫名其妙的錯誤。既然一般的指標防止資源洩漏會如此的繁瑣，那有沒有一個辦法可以使我們不必操心資源的釋放呢，由於在異常發生的時候，會進行堆疊解退，所以我們不必擔心作為區域性變數的指標本身不被銷燬，既然這樣，我們乾脆建立一個指標物件，好比下面這樣：
template
class auto_ptr1
{
private:
T* ap;
public:
……..
~auto_ptr(); //資源釋放
}
當指標被銷燬的時候，必然會解構函式，那就在解構函式中進行資源的釋放不就ok了，呵呵，怎麼樣，是不是很簡單呢？的確，整個邏輯的確很簡單，但是如果我們在深入思考一下這個指標物件的特性的話，我們會發現有一個困難的問題等待我們去解決。那下面就讓我們來看看會遇到什麼困難。
由於在auto_ptr銷燬的時候它會自動透過解構函式釋放所擁有的資源，那麼也就決定了auto_ptr對於資源的獨佔性，即一個資源只能被一個auto_ptr所指向。這一點應該很好理解，假設有兩個auto_ptr指向同一個資源，那當其中一個被銷燬的時候，另一個將會指向哪裡呢？這種指標往往是最為危險的。既然這樣，我們怎樣才能保證這種獨佔性呢，其實也很簡單，當對指標進行賦值和複製的時候，剝奪原有指標對資源的擁有權，問題也就迎韌而解了。就好比這樣：
auto_ptr p(new int(20));
auto_ptr q;
q=p; //p已經喪失了對資源的擁有權，q現在是p的主人

對於這種一般性的情況，問題似乎已經解決了，下面讓我們來看一種特殊但卻合理的情況：

auto_ptr foo()
{
auto_ptr p(new int(20));
return p;
}
int main()
{
auto_ptr q(foo());
return 0;
}
你認為上面這種情況怎麼樣，它是合理的，因為它實現了資源的順利移交，但是你認為auto_ptr q(foo());這一句應該怎樣才能成功呢？為了說清這個問題，還需要說說左值和右值以及臨時物件的問題。也許你會說左值應該就是能夠改變的變數，右值當然就是不能改變的變數嘍！對嗎？對了一點點，實際上左值是能夠被引用的變數，說的通俗點就是有名字的變數，你一定想到了些什麼，對了，臨時變數就沒有名字，即使有你也不會知道，因為它不是由你建立的,會在內部辨別它，但你並不知道，因此臨時變數不是左值，而是右值。你也許還會問，那const變數是不是左值呢？根據定義，它有名字，當然就是左值了。因此左值並非一定“可被修改”。但是左值和右值與引數有什麼關係嗎？我要告訴你的是：有，而且相當密切，因為標準c++規定：若傳遞給型別為引用的形參的實參是右值的話必須保證形參為const引用。Ok，現在讓我們回到原來的問題上，由於foo()按值返回，因此編譯器必然會產生一個臨時物件，也就是說 auto_ptr q(foo()); 這一句中q的建構函式傳入的引數是一個右值，因此若想讓這一句成功的呼叫，它的原型必須是這樣的：auto_ptr(const auto_ptr&); 但是這樣行嗎？顯然是不行的，因為我們還要剝奪原有指標對資源的擁有權呢，如果採用const引用，那是無法進行剝奪的，因為你無法修改它。你也許想到了另一個辦法，我們只要用mutable修飾核心資料域的話，那麼即使它是const也可以進行修改它的核心資料。這個辦法看起來似乎不錯，但如果我們在考慮一下下面這種情況，你或許會改變你的看法，假設有一個const auto_ptr ，如果我們把它賦值給另一個auto_ptr的話，你說應該是怎樣的情況發生，呵呵，當然應該是禁止了，因為你不應該試圖去改變一個const物件，即禁止剝奪一個const auto_ptr對資源的擁有權。但是如果按照你的想法，採用mutable的話，這種改變是可以實現的，因此你應該打消採用mutable的念頭。那麼難道就沒有辦法了嗎？當然有，但是不太容易想到，請看下面這個簡單的例子：

class X
{
private:
int value;
public:
X(int v=0)
{
value=v;
}
X(X& a)
{
value=a.value;
a.value=0;
}
int set(int v)
{
value=v;
return value;
}
friend ostream& operator << (ostream& os, const X& x)
{
os< }
};

X f()
{
X a(100);
return a;
}

int main()
{
X c(f());
cout< return 0;
}
上面這個例子和我們所遇到的情況有些相似X c(f());這一句是無法呼叫成功的，而且也不能把複製建構函式的引用引數變為const，因為我們要修改引數。Ok，我們就利用這個簡單的例子來解決我們所遇到的問題。既然我們已經想到的一些方案不能達到我們的目的，那我們怎麼做呢，對了，我們可以用型別轉換函式。下面讓我來幫你整理一下思路：
1．我們首先應該先定義一個型別轉換層，它的核心資料應該和X的核心資料一樣，例如：
struct Y
{
int val;
Y(int v):val(v){}
};
有了這個轉換層，我們就可以先把函式f()返回時所生成的臨時物件透過一個從X到Y的轉換函式轉型到Y。然後再透過一個從Y到X的轉換函式進行物件的構造。至此，所有問題都得以解決。下面讓我們來看一下具體方法。
2．新增一個從X到Y的型別轉換函式。如下：
operator Y()
{
Y y(value);
return y;
}
3．新增一個從Y到X的型別轉換函式，即只有一個引數的建構函式。

X(Y a)
{
value=a.val;
}
OK,大功告成，你可以把這個例子在你的編譯器上實現，果然能夠解決所有的問題（在VC上會有一點問題，因為VC在臨時物件這一點上對標準C++的支援不夠好，用臨時物件作引數的時候不加const也可以編譯透過）,下面我給出auto_ptr的一個實作範例，我想你應該能夠理解它了：）

template
struct auto_ptr_ref
{
Y* yp;
auto_ptr_ref(Y* rhs):yp(rhs){}
}; //注意這個轉換層

template
class auto_ptr1
{
private:
T* ap;
public:
typedef T element_type;

explicit auto_ptr1(T* ptr=0) throw():ap(ptr){}

auto_ptr1(auto_ptr1& rhs) throw():ap(rhs.release()){}

template
auto_ptr1(auto_ptr1& rhs) throw():ap(rhs.release()){}

auto_ptr1& operator = (auto_ptr1& rhs) throw()
{
reset(rhs.release());
return *this;
}

template
auto_ptr1& operator = (auto_ptr1& rhs) throw()
{
reset(rhs.release());
return *this;
}

~auto_ptr1() throw()
{
delete ap;
}

T* get() const throw()
{
return ap;
}

T& operator *() const throw()
{
return *ap;
}

T* operator ->() const throw()
{
return ap;
}

T* release() throw()
{
T* tmp(ap);
ap=0;
return tmp;
}

void reset(T* ptr=0) throw()
{
if(ap!=ptr)
{
delete ap;
ap=ptr;
}
}

auto_ptr1(auto_ptr_ref rhs) throw():ap(rhs.yp){}

auto_ptr1& operator = (auto_ptr_ref rhs) throw()
{
reset(rhs.yp);
return *this;
}

template
operator auto_ptr_ref() throw()
{
return auto_ptr_ref(release());
}

template
operator auto_ptr1() throw()
{
return auto_ptr1(release());
}
};

好了，今天就說到這吧，大家有什麼問題可以提出

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