C++ Primer : 第十三章 : 拷贝控制之拷贝控制和资源管理

定义行为像值的类

行为像值的类，例如标准库容器和std::string这样的类一样，类似这样的类我们可以简单的实现一个这样的类HasPtr。

在实现之前，我们需要：

定义一个拷贝构造函数，完成string的拷贝，而不是指向string的指针的拷贝；

定义一个拷贝赋值运算符，释放当前的string，并从右侧拷贝新的string。

定义一个析构函数来释放string

class HasPtr {

public:
	HasPtr(const std::string& s = std::string()) : ps(new std::string(s)), i(0) {}

	HasPtr(const HasPtr& has) : ps(new std::string(*has.ps)), i(has.i) {}

	HasPtr& operator = (const HasPtr& has);

	~HasPtr() { delete ps; }
private:
	std::string* ps;
	int	i;
};

HasPtr::operatpr = (const HasPtr& has) {
	// 先定义一个局部变量保存右侧对象，如果右侧对象和左侧对象是同一个对象，那么先删除右侧对象就会发生错误
	auto newPtr = new std::string(*has.ps);
	// 此时再释放左侧对象资源
	delete ps;
	ps 	= newPtr;
	i 	= has.i;
}

拷贝赋值运算符的实现中，为了安全起见，必须先将右侧对象拷贝到一个局部变量里，然后再删除左侧对象，然后将局部变量赋值给左侧对象。如果先删除左侧对象，此时右侧对象和左侧对象是同一个对象时，就会发生严重错误。

对于一个赋值运算符来说，一个好的方法是在左侧对象销毁之前拷贝右侧对象，因为左侧对象和右侧对象可能是同一个对象。

定义行为像指针的类

行为像指针的类，例如智能指针shared_ptr。既然要让类的行为像一个指针，那么这个类就不能在执行析构函数时简单的释放相关联的string，如果只有一个对象指向这个string时，我们才可以在这个类的析构函数中释放资源，如果有多个类指向这个string，那么其中一个类释放了这个string，其他的类就不能再复用。

因此就要用到引用计数的方法来解决这个问题。

引用计数的工作方式如下：

• 除了初始化对象之外，每个构造函数(拷贝构造函数除外)都要创建一个引用计数，用来记录有多少对象共享正在创建的对象共享状态，当创建一个对象时，引用计数为1，因为此时只有一个对象共享。
• 拷贝构造函数不分配新得引用计数器，拷贝给定对象的数据成员，包括引用计数器，拷贝构造函数递增共享的计数器，表示给定对象更的状态又被一个新用户所共享
• 拷贝赋值运算符递减左侧运算对象的引用计数器，递增右侧对象的引用计数器，如果左侧对象的引用计数器为0，则销毁左侧对象。
• 析构函数判断引用计数是否为0，如果为0，则销毁左侧对象。

引用计数的实现：我们假设有下面的情况：

HasPtr h1;
HasPtr h2(h1);
HasPtr h3(h1);

HasPtr是一个行为像指针的类，新创建的h1的引用计数为1，创建h2，用h1初始化h2，会递增h1的引用计数值，此时h2保存了h1中的引用计数，在创建h3的时候，递增了h1的引用计数值，而且我们必须做的是要更新h2中的引用计数值，此时无法更新h2中的引用计数值。因此，我们需要将引用计数保存在动态内存中，这样原对象和其他副本对象都会指向相同的计数器，这样就可以自动更新引用计数在每个共享对象中的状态。

class HasPtr {

public:
	HasPtr(const std::string& s = std::string()) : ps(new std::string(s)), i(0), use(new size_t(1)) {}

	HasPtr(const HasPtr& has) :  ps(has.ps), i(has.i), use(has.use) { ++ *use;}

	HasPtr& operator = (const HasPtr& has);

	~HasPtr();
private:
	std::strin g* ps;
	int	i;
	size_t* use; // 引用计数
};

HasPtr::HasPtr& operator = (const HasPtr& has) {

	++ *has.use;
	if (0 == *use) {
		delete ps;
		delete use;
	}

	ps 	=	has.ps;
	i	=	has.i;
	use	=	has.use;
	return *this;
}

HasPtr::~HasPtr() {

	if (--*use == 0) {
		delete ps;
		delete use;
	}
}

注意的是，我们在拷贝一个HasPtr时，拷贝的是ps本身而不是ps指向的string。

交换操作

通常，管理资源的类除了定义拷贝控制成员之外，还会定义交换操作的函数swap。理论上来说，我们的swap函数应该是这样的：

HasPtr temp = 1;
v1 = v2;
v2 = temp;

这样的代码将v1中string拷贝了两次，但是这样做是没有必要的，我们希望swap交换指针，而不是分配string的副本：

std::string* temp = v1.ps;
v1.ps = v2.ps;
v2.ps = temp;
v1.i  =	v2.i;

我们将swap函数声明为HasPtr类的友元函数，这样swap就能访问HasPtr的ps和i成员：

class HasPtr {

	friend void swap(HasPtr&, HasPtr&);
	// 其他定义
};

inline
void swap(HasPtr& lhs, HasPtr& rhs) {
	using std::swap;
	swap(lhs.ps, rhs.ps);
	swap(lhs.i, rhs.i);
}

在swap函数中：

使用了using std::swap，如果这个类有自己的swap函数，匹配程度会高于标准库swap，会优先使用类自己的swap，如果没有，则使用标准库的swap。

swap里交换类的指针和int成员，并不会发生递归循环，HasPtr的数据成员是内置类型的，这时候会调用标准库版本的swap。

在赋值运算符中使用swap：

通常，一个定义了swap的类用它swap函数来定义拷贝赋值运算符，这种运算符使用了一种拷贝并交换的技术。

HasPtr& operator = (HasPtr has) {

	swap(*this, has);
	return *this;
}

在进行HasPtr类的赋值运算中，先将右侧对象拷贝到拷贝赋值运算符函数里，然后交换左侧对象的指针和右侧对象的指针，交换后，右侧对象赋值给了左侧对象，左侧对象相应的string指针也指向了右侧对象副本的对应成员，而右侧对象的string指针则指向了左侧对象的相应成员。在这个函数结束后，右侧对象的副本被销毁，于是原来左侧对象的资源被释放，而左侧对象现在保存的是右侧对象的成员。

拷贝并交换的操作，和之前的拷贝赋值运算符的实现原理是相同的，在改变左侧对象之前拷贝右侧对象。保证了这样的操作异常的安全。