Ресурсы должны быть во владении объектов

Резюме

Не работайте вручную, если у вас есть мощные инструменты. Идиома С++ "выделение ресурса есть инициализация" (resource acquisition is initialization — RAII) представляет собой мощный инструмент для корректной работы с ресурсами. RAII позволяет компилятору автоматически обеспечить строгую гарантию того, что в других языках надо делать вручную. При выделении ресурса передайте его объекту-владельцу. Никогда не выделяйте несколько ресурсов в одной инструкции.

Обсуждение

Симметрия конструктор/деструктор, обеспечиваемая языком С++, воспроизводит симметрию, присущую парам функций захвата/освобождения ресурса, таким как fopen/fclose, lock/unlock и new/delete. Это делает стековые объекты (или объекты со счетчиком ссылок), в конструкторе которых происходит захват ресурса (а в деструкторе его освобождение), превосходным инструментом для автоматизации управления ресурсами.

Автоматизация легко реализуема, элегантна, недорога и по сути безопасна в плане ошибок. Если вы не будете ею пользоваться, то обречете себя на нетривиальную и кропотливую ручную работу по "спариванию" вызовов захвата и освобождения ресурсов, включающую отслеживание всех ветвлений и исключений. Это совершенно неприемлемый путь для С++, который предоставляет возможность автоматизации этой работы при помощи простой в использовании идиомы RAII.

Когда вы имеете дело с ресурсом, который требует спаривания вызовов функций захвата/освобождения, инкапсулируйте этот ресурс в объект, который выполнит эту работу за вас и освободит ресурс в своем деструкторе. Например, вместо непосредственного вызова пары функций (не членов) OpenPort/ClosePort можно поступить иначе:

class Port {

public:

Port(const string& destination); // Вызов OpenPort

~Port(); // вызов ClosePort

// Порты обычно не клонируются, так что запрещаем

// копирование и присваивание

};

void DoSomething() {

Port port1("server1:80");

// ...

} // Забыть закрыть порт нельзя - он будет закрыт

// автоматически при выходе из области видимости

shared_ptr<Port> port2 =/*...*/; // port2 будет закрыт

// автоматически, когда будет уничтожен последний

// ссылающийся на него объект shared_ptr

Вы можете также использовать библиотеки, которые реализуют соответствующий шаблон проектирования (см. [Alexandrescu00c]).

При реализации идиомы RAII следует особо тщательно подходить к вопросу о копирующем конструкторе и присваивании (см. рекомендацию 49): обычно генерируемые компилятором версии этих функций не подходят. Если копирование лишено смысла, копирующий конструктор и оператор присваивания можно явным образом запретить, делая их закрытыми членами и не определяя (см. рекомендацию 53). В противном случае копирующий конструктор дублирует ресурс или использует счетчик ссылок на него, и то же делает и оператор присваивания, при необходимости освободив ресурс, которым объект владел до присваивания. Классической ошибкой является освобождение старого ресурса до того, как успешно дублирован новый (см. рекомендацию 71).

Обеспечьте, чтобы все ресурсы принадлежали объектам. Предпочтительно хранить все динамически выделенные ресурсы посредством интеллектуальных, а не обычных, указателей. Кроме того, следует выполнять каждое явное выделение ресурса (например, new) в отдельной инструкции, которая тут же передает ресурс управляющему объекту (например, shared_ptr). В противном случае может возникнуть утечка ресурсов, связанная с тем, что порядок вычисления параметров функции не определен (см. рекомендацию 31). Например:

void Fun(shared_ptr<Widget> sp1, shared_ptr<Widget> sp2);

// ...

Fun(shared_ptr<Widget>(new Widget),

shared_ptr<Widget>(new Widget));

Такой код небезопасен. Стандарт C++ предоставляет компилятору большую свободу действий по переупорядочению выражений, которые создают два аргумента функции. В частности, компилятор может чередовать выполнение этих двух выражений: сначала для обоих объектов может быть выполнено выделение памяти (при помощи оператора new), а уже затем будут вызваны два конструктора Widget. Такая последовательность действий может привести к утечке: если один из конструкторов сгенерирует исключение, то память для другого объекта никогда не будет освобождена (более детальную информацию по этому вопросу вы найдете в [Sutter02]).

Эта тонкая проблема имеет простое решение: следуйте приведенному выше совету и никогда не выделяйте в одной инструкции больше одного ресурса. Следует выполнять каждое явное выделение ресурса (например, new) в отдельной инструкции, которая тут же передает ресурс управляющему объекту (например, shared_ptr), например:

shared_ptr<Widget> sp1(new widget), sp2(new Widget);

Fun(sp1, sp2);

См. также описание дополнительных преимуществ такого стиля в рекомендации 31.

Исключения

Можно чересчур увлечься интеллектуальными указателями. Обычные указатели вполне подходят для кода, в котором указываемый объект виден только в ограниченном объеме (например, внутри класса — типа указателя на узел дерева в классе Tree, использующийся для навигации по дереву).

Ссылки

[Alexandrescu00c] • [Cline99] §31.03-05 • [Dewhurst03] §24, §67 • [Meyers96] §9-10 • [Mitewski01] • [Stroustrup00] §14.3-4, §25.7, §E.3, §E.6 • [Sutter00] §16 • [Sutter02] §20-21 • [Vandevoorde03] §20.1.4

Стиль кодирования

Константа для одного является переменной для другого.

— Алан Перлис (Alan Perlis)

В этом разделе мы перейдем от вопросов проектирования к вопросам, которые появляются в основном при реальном кодировании.

Правила и рекомендации из этого раздела применимы безотносительно к конкретной области языка программирования (например, функциям, классам или пространствам имен), но приводят к повышению качества вашего кода. Многие из представленных идиом позволяют вашему компилятору активнее помогать вам в работе, а вам — избежать опасных мест (включая неопределенное поведение), которые компилятор не всегда в состоянии выявить. Все это делает ваш код более надежным.

В этом разделе мы считаем наиболее важной рекомендацию 14: "Предпочитайте ошибки компиляции и компоновки ошибкам времени выполнения".