通常來(lái)說(shuō)，對(duì)于類(lèi)內(nèi)動(dòng)態(tài)分配資源的類(lèi)需要進(jìn)行拷貝控制：要在拷貝構(gòu)造函數(shù)、拷貝賦值運(yùn)算符、析構(gòu)函數(shù)中實(shí)現(xiàn)安全高效的操作來(lái)管理內(nèi)存。但是資源管理并不是一個(gè)類(lèi)需要定義自己的拷貝控制成員的唯一原因。C++ Primer 第5版 中給出了一個(gè)Message類(lèi)與Folder類(lèi)的例子，分別表示電子郵件消息和消息目錄。每個(gè)Message可以出現(xiàn)在多個(gè)Folder中，但是，任意給定的Message的內(nèi)容只有一個(gè)副本。如果一條Message的內(nèi)容被改變，我們從任意的Folder中看到的該Message都是改變后的版本。為了記錄Message位于哪些Folder中，每個(gè)Message都用一個(gè)set保存所在的Folder的指針，同樣的，每個(gè)Folder都用一個(gè)set保存它包含的Message的指針。二者的設(shè)計(jì)如下圖所示：

C++ Primer中并沒(méi)有給出Folder類(lèi)的實(shí)現(xiàn)。在對(duì)Message及Folder類(lèi)的復(fù)現(xiàn)過(guò)程中，出現(xiàn)了一個(gè)問(wèn)題，導(dǎo)致了嚴(yán)重錯(cuò)誤。

Message及Folder類(lèi)的初步設(shè)計(jì)如下：

Message類(lèi)：

class Message

{

    friend class Folder;

private:

    string contents;

    set<Folder*> folders;

    //功能函數(shù)：在本消息的folders列表中加入/刪除新文件夾指針f

    void addFolder(Folder* f);

    void remFolder(Folder* f);

    //功能函數(shù)：在本消息folders列表中的所有Folder中刪除指向此消息的指針

    void remove_from_folders();

public:

    string getContents();

    set<Folder*> getFolders();

    //構(gòu)造函數(shù)與拷貝控制

    Message(const string& s = " ") :contents(s) {};

    ~Message();

    //接口：將本消息存入給定文件夾f

    void save(Folder& f);

    //接口：將本消息在給定文件夾中刪除

    void remove(Folder& f);

};

Folder類(lèi)：

class Folder

{

    friend class Message;

private:

    set<Message*> messages;

    //功能函數(shù)：將給定消息的指針添加到本文件夾的messages中

    void addMsg(Message* m);

    //功能函數(shù)：將給定消息的指針在本文件夾中的messages中刪除

    void remMsg(Message* m);

public:

    set<Message*> getMessages();

};

這兩個(gè)類(lèi)有對(duì)稱(chēng)的功能函數(shù)：Message.addFolder(Folder* f)與Folder.addMsg(Message* m)，以及Message.remFolder(Folder* f)與Folder.remMsg(Message* m)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)Message的保存以及拷貝控制操作等。

所有成員函數(shù)的實(shí)現(xiàn)如下：

string Message::getContents()

{

    return contents;

}

set<Folder*> Message::getFolders()

{

    return folders;

}

void Message::addFolder(Folder* f)

{

    this->folders.insert(f);

}

void Message::remFolder(Folder* f)

{

    this->folders.erase(f);

}

//接口：將本消息存入給定文件夾f

void Message::save(Folder& f)

{

    this->addFolder(&f);

    f.addMsg(this);

}

//接口：將本消息在給定文件夾中刪除

void Message::remove(Folder& f)

{

    this->remFolder(&f);

    f.remMsg(this);

}

void Message::remove_from_folders()

{

    for (auto f : folders)

    {

        f->remMsg(this);

    }

}

Message::~Message()

{

    remove_from_folders();

}

/*Folder的成員函數(shù)*/

//功能函數(shù)：將給定消息的指針添加到本文件夾的messages中

void Folder::addMsg(Message* m)

{

    messages.insert(m);

}

//功能函數(shù)：將給定消息的指針在本文件夾中的messages中刪除

void Folder::remMsg(Message* m)

{

    messages.erase(m);

}

set<Message*> Folder::getMessages()

{

    return messages;

}

在這個(gè)實(shí)現(xiàn)版本的代碼測(cè)試中，出現(xiàn)了這樣一個(gè)問(wèn)題：程序會(huì)有運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤，主函數(shù)的返回值不為0。測(cè)試代碼如下：

void test()

{

    Message m1("Hello,"), m2("World"), m3("!");

    Folder f1, f2;

    m1.save(f1); m1.save(f2);

    m2.save(f2);

    m3.save(f2);

    m2.remove(f2);

}

int main()

{

    test();

    system("pause");

    return 0;

}

運(yùn)行結(jié)果：

經(jīng)調(diào)試排查原因之后，找到了問(wèn)題所在：試圖對(duì)已經(jīng)被的銷(xiāo)毀對(duì)象的指針進(jìn)行解引用。該bug和“函數(shù)返回指向局部變量的指針”所導(dǎo)致的問(wèn)題類(lèi)似。我們?yōu)镸essage類(lèi)定義了析構(gòu)函數(shù)：

Message::~Message()

{

    remove_from_folders();

}

這個(gè)析構(gòu)函數(shù)的實(shí)現(xiàn)與C++ Primer上的實(shí)現(xiàn)完全一致。該析構(gòu)函數(shù)意圖在于當(dāng)一個(gè)Message被銷(xiāo)毀時(shí)，應(yīng)該清除它的folders中的所有指向它的指針。這看上去合理，可是在這里卻導(dǎo)致了內(nèi)存錯(cuò)誤。原因在于，remove_from_folders()操作會(huì)訪問(wèn)該Message所在的所有Folder的指針，而若這些Folder的銷(xiāo)毀在該Message的銷(xiāo)毀之前進(jìn)行，則操作會(huì)試圖通過(guò)指針解引用，來(lái)訪問(wèn)已被銷(xiāo)毀的Folder對(duì)象。這會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤。在本例中，局部變量Folder f1的創(chuàng)建在m1之后，將m1加入f1，test()函數(shù)結(jié)束時(shí)，按照局部變量的銷(xiāo)毀順序，會(huì)先銷(xiāo)毀后創(chuàng)建的對(duì)象f1，于是，m1的析構(gòu)函數(shù)會(huì)試圖解引用已被銷(xiāo)毀對(duì)象f1的指針。出現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題，是因?yàn)樵趯?shí)現(xiàn)的時(shí)候沒(méi)有按照C++ Primer上的設(shè)計(jì)正確地實(shí)現(xiàn)Folder的析構(gòu)函數(shù)。我們按照如下實(shí)現(xiàn)Folder的析構(gòu)函數(shù)：

class Folder

{

    /*其他Folder的聲明不變*/

    /*加入Folder的析構(gòu)函數(shù)，以及一個(gè)工具函數(shù)，對(duì)于將要銷(xiāo)毀的Folder，這個(gè)工具函數(shù)負(fù)責(zé)刪除該Folder中所有Message指向它的指針*/

private:

    void remove_from_messages();

public:

    ~Folder();

};

void Folder::remove_from_messages()

{

    for (auto m : messages)

        m->remFolder(this);

}

Folder::~Folder()

{

    remove_from_messages();

}

此時(shí)，F(xiàn)older的析構(gòu)函數(shù)在Folder被銷(xiāo)毀時(shí)可以正確地刪除所有Message中指向自身的指針，就避免了對(duì)已經(jīng)銷(xiāo)毀的對(duì)象進(jìn)行解引用的操作。反過(guò)來(lái)，若先定義的是f1，后定義的是m1，在m1先銷(xiāo)毀時(shí)，m1的析構(gòu)函數(shù)也可以正確地刪除所有Folder中指向m1的指針。所以，無(wú)論Folder先被銷(xiāo)毀，還是Message先被銷(xiāo)毀，都能夠正確地執(zhí)行析構(gòu)操作。使用與上面同樣的test()函數(shù)進(jìn)行測(cè)試，程序可以正常地退出了：

這個(gè)例子也給了我們又一次提醒：在C++中，指針與拷貝控制、內(nèi)存管理一定要萬(wàn)分小心謹(jǐn)慎，一點(diǎn)小的差錯(cuò)也可能導(dǎo)致程序的災(zāi)難。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的关于C++拷贝控制的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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