異常安全的CMyString賦值運(yùn)算符函數(shù)重載
問題:給出如下CMyString的聲明,要求為該類型添加賦值運(yùn)算符函數(shù)。
class CMyString
{
public:
??? CMyString(char* pData = NULL);
??? CMyString(const CMyString& str);
??? ~CMyString(void);
?????
private:
??? char* m_pData;
};
當(dāng)面試官要求應(yīng)聘者定義一個賦值運(yùn)算符函數(shù)時,他會關(guān)注如下幾點(diǎn):
·???????? 是否把返回值的類型聲明為該類型的引用,并在函數(shù)結(jié)束前返回實例自身(即*this)的引用?只有返回一個引用,才可以允許連續(xù)賦值。否則如果函數(shù)的返回值是void,假設(shè)有三個CMyString的對象,str1、str2和str3,在程序中語句str1=str2=str3將不能通過編譯。
·???????? 是否把傳入的參數(shù)的類型聲明為常量引用?如果傳入的參數(shù)不是引用而是實例,那么從形參到實參會調(diào)用一次構(gòu)造拷貝函數(shù)。把參數(shù)申明為引用可以避免這樣的無謂消耗,能提高代碼的效率。同時,我們在賦值運(yùn)算符函數(shù)內(nèi)是不會改變傳入的實例的狀態(tài)的,因此應(yīng)該為傳入的引用參數(shù)加上const關(guān)鍵字。
·???????? 是否記得釋放實例自身已有的內(nèi)存?如果忘了在分配新內(nèi)存之前釋放自身已有的空間,將出現(xiàn)內(nèi)存泄露。
·???????? 是否判斷傳入的參數(shù)是不是和當(dāng)前的實例(*this)是不是同一個實例?如果是同一個,則不進(jìn)行賦值操作,直接返回。如果事先不判斷,就進(jìn)行賦值,那么在釋放實例自身的內(nèi)存的時候就會導(dǎo)致嚴(yán)重的問題:當(dāng)*this和傳入的參數(shù)是同一個實例時,那么一旦釋放了自身的內(nèi)存,傳入的參數(shù)的內(nèi)存也同時被釋放了,因此再也找不到需要賦值的內(nèi)容了。
當(dāng)我們完整地考慮了上述幾方面之后,我們可以寫出如下的代碼:
CMyString& CMyString::operator =(const CMyString &str)
{
??? if(this == &str)
??????? return *this;
??? delete []m_pData;
??? m_pData = NULL;
??? m_pData =
newchar[strlen(str.m_pData) + 1];
??? strcpy(m_pData, str.m_pData);
??? return *this;
}
這是一般C++教材上提供的參考代碼。如果是面試的是應(yīng)屆畢業(yè)生或者C++初級程序員,如果能全面地考慮到前面四點(diǎn)并完整地寫出代碼,面試官可能會讓他通過這輪面試。但如果面試的是C++的高級程序員,面試官可能會提出更高的要求。
面試官會提醒我們在前面的函數(shù)中,顯示地用delete釋放自身m_pData的內(nèi)存。同時我們也會在析構(gòu)函數(shù)中用delete釋放自身m_pData的內(nèi)存。如果這個類型中添加新的指針成員變量,那么我們至少需要做兩處修改,即同時在析構(gòu)函數(shù)和這個賦值運(yùn)算符函數(shù)里添加一條delete語句來釋放新指針?biāo)赶虻膬?nèi)存。一個改動需要在代碼中多個地方修改代碼,通常是有安全隱患的。通常我們會記得在析構(gòu)函數(shù)里用delete釋放指針成員變量,但未必每次都記得到賦值運(yùn)算符函數(shù)來添加代碼釋放內(nèi)存。
我們知道,在分配內(nèi)存時有可能發(fā)生異常。當(dāng)執(zhí)行語句new char[strlen(str.m_pData) + 1]發(fā)生異常時,程序?qū)脑撡x值運(yùn)算符的重載函數(shù)退出不再執(zhí)行。注意到這個時候語句delete[]m_pData 已經(jīng)執(zhí)行了。也就是說賦值操作沒有完成,但原來對象的狀態(tài)已經(jīng)改變。也就是說不滿足題目的異常安全的要求。(釋放原來的了,但是沒有新建新的)為了滿足異常安全這個要求,一個簡單的辦法是掉換new、delete
的順序。先把內(nèi)存new出來用一個臨時指針保存起來,只有這個語句正常執(zhí)行完成之后再執(zhí)行delete。這樣就能夠保證異常安全了。
更好的辦法在復(fù)制運(yùn)算符函數(shù)中利用析構(gòu)函數(shù)自動釋放實例已有的內(nèi)存。下面是這種思路的參考代碼:
CMyString& CMyString::operator =(const CMyString &str)
{
??? if(this != &str)
??? {
??????? CMyString strTemp(str);
??????? char* pTemp = strTemp.m_pData;
??????? strTemp.m_pData = m_pData;
??????? m_pData = pTemp;
??? }
??? return *this;
}
在這個函數(shù)中,我們定義一個臨時實例strTemp,并把strTemp的m_pData指向當(dāng)前實例(*this)的m_pData。由于strTemp是個局部變量,但程序員運(yùn)行到if的外面是也就出了的該變量的域,就會自動調(diào)用strTemp的析構(gòu)函數(shù),就會把strTemp.m_pData所指向的內(nèi)存釋放掉。由于strTemp.m_pData指向的內(nèi)存就是當(dāng)前實例之前m_pData的內(nèi)存。這就相當(dāng)于自動調(diào)用析構(gòu)函數(shù)釋放當(dāng)前實例的內(nèi)存。如果新增加指針成員變量,我們只需要在析構(gòu)函數(shù)里正確地釋放,而不需要對賦值運(yùn)算符函數(shù)做任何修改。
該方案通過調(diào)用構(gòu)造拷貝函數(shù)創(chuàng)建一個臨時對象來分配內(nèi)存。此時即使發(fā)生異常,對原來對象的狀態(tài)沒有影響。交換臨時對象和需要賦值的對象的字符串指針之后,由于臨時對象的生命周期結(jié)束,自動調(diào)用其析構(gòu)函數(shù)釋放需賦值對象的原來的字符串空間。整個函數(shù)不需要顯式用到new、delete,內(nèi)存的分配和釋放都自動完成,因此代碼顯得比較優(yōu)雅。