C++如何設(shè)計一個類2（含指針的類）
本文預(yù)覽:
- BigThree：拷貝構(gòu)造补憾、拷貝復(fù)制陵吸、析構(gòu)
- Stack（棧） Heap（堆）及生命周期
- new delete 操作符內(nèi)部實現(xiàn)
- 物理內(nèi)存模型 in VC
BigThree：拷貝構(gòu)造术陶、拷貝復(fù)制莱褒、析構(gòu)
帶有指針的類必須要有拷貝構(gòu)造右遭、拷貝復(fù)制
C++ STL中String的實現(xiàn)是典型的帶指針類茵宪，成員只有一根char類型的指針蟹倾，為什么不用char類型的數(shù)組，這個考量在于猖闪，我們不能確定用戶創(chuàng)建的字符串到底有多少個字符鲜棠，數(shù)組在分配內(nèi)存空間的時候必須是確定的，多了造成浪費培慌，少了空間不足豁陆，所以數(shù)組不適合這樣的需求。使用指針的好處在于吵护，我們是動態(tài)分配的內(nèi)存空間盒音，大小可控。
- 接口設(shè)計
class String{
public:
String(const char* cstr=0);
String(const String& str); //拷貝構(gòu)造
String& operator=(const String& str); //拷貝復(fù)制
~String(); //析構(gòu)
char* get_c_str() const { return m_data; }
private:
char* m_data;
};
- 構(gòu)造和析構(gòu)函數(shù)的實現(xiàn)
我們在每一個函數(shù)定義上面加了inline馅而，這樣是否合適祥诽，有人說復(fù)雜的函數(shù)加了inline多此一舉，是的瓮恭，因為是否是inline這是由編譯器決定的雄坪，我們可以把所有的成員函數(shù)都加上inline，這樣寫是沒有問題的屯蹦，至于是不是维哈，讓編譯器去決定
#include <cstring> //使用C的函數(shù)
inline
String::String(const char* cstr)
{
if (cstr) {
m_data = new char[strlen(cstr)+1];
strcpy(m_data, cstr);
}
else {
m_data = new char[1];
*m_data = '\0';
}
}
inline
String::~String()
{
delete[] m_data; //注意，析構(gòu)函數(shù)delete動態(tài)分配的數(shù)組
}
- 拷貝構(gòu)造函數(shù)的實現(xiàn)
根據(jù)傳入的字符串長度開辟相同大小的內(nèi)存空間登澜，然后執(zhí)行拷貝阔挠，由于包含‘\0’結(jié)束符，所以長度需要加1
inline
String::String(const String& str)
{
m_data = new char[ strlen(str.m_data) + 1 ]; //m_data雖然是private的脑蠕，同類之間的對象互為friend
strcpy(m_data, str.m_data);
}
- 拷貝復(fù)制
- 從右值復(fù)到左值购撼，清空左值之前的數(shù)據(jù)，然后開辟新的內(nèi)存空間谴仙，執(zhí)行拷貝
- 自檢為什么是必須的份招，當(dāng)是同一個對象的時候，而沒有自檢狞甚，那么會發(fā)生什么锁摔？
兩個指針指向同一塊內(nèi)存空間，這一塊內(nèi)存空間先delete掉了哼审，再取的時候另一個就變成了野指針
inline
String& String::operator=(const String& str)
{
if (this == &str) //自檢不是多余的谐腰，一定要有
return *this;
delete[] m_data;
m_data = new char[ strlen(str.m_data) + 1 ];
strcpy(m_data, str.m_data);
return *this;
}
Stack（棧） Heap（堆）及生命周期
- Stack
Stack 是存在于某作用域的一塊內(nèi)存空間孕豹。例如當(dāng)你調(diào)用一個函數(shù)，函數(shù)本身就會形成一個stack十气，用來存放接收的參數(shù)以及返回地址励背。在函數(shù)本體內(nèi)聲明的任何變量，其所使用的內(nèi)存塊都取自上述 Stack
- Heap
Heap *或者叫做默認(rèn)System Heap砸西， 是指由操作系統(tǒng)提供的一塊global內(nèi)存空間叶眉，程序可動態(tài)分配，從中獲取若干區(qū)塊（blocks） *
Stack objects的生命期
- 分析一段代碼
class Complex {...};
...
Complex a3(5,6);
int main()
{
Complex a1(1,2); //a1所占用的內(nèi)存來之stack
static Complex a2(1,3);
Complex* p = new Complex(2,3); //Complex(2,3)是個臨時對象芹枷，它所占用的內(nèi)存是以new自Heap動態(tài)分配獲得衅疙，并由p指向
}
- Stack Objects的生命期
上述代碼示例中，a1便是所謂的Stack Object鸳慈， 其生命在作用域結(jié)束之際結(jié)束饱溢。這種作用域的Object，又被稱為auto object走芋， 因為他們會被自動清理绩郎。
- Stack local Object的生命期
a2便是 static object，它的生命在作用域結(jié)束之后仍然存在翁逞，直到整個程序結(jié)束肋杖。
- global objects的生命期
a3便是所謂的 global object，其生命在整個程序結(jié)束之后才結(jié)束挖函，也可以把它理解為一種static兽愤，其作用域是整個程序
Heap Objects的生命期
- 代碼
class Complex {...};
...
{
Complex* p = new Complex();
delete p;
}
p所指的便是Heap Object，其生命期在被deleted之際結(jié)束挪圾。如果不寫delete p浅萧，會出現(xiàn)內(nèi)存泄漏，p所指向的Heap object仍然存在哲思，但p的生命期結(jié)束了洼畅，作用域外再也看不到p了，也就沒有機(jī)會delete p了棚赔。
new delete操作符內(nèi)部實現(xiàn)
內(nèi)存分配這塊非常重要帝簇，其分析的內(nèi)存模型在很多資料上都是找不到的，內(nèi)存模型是基于VC的靠益，其他編譯器也應(yīng)該大同小異吧丧肴。
new：先分配memory，再調(diào)用ctor()
- 不包含指針
new內(nèi)部分解為三個步驟：
- 調(diào)用 operator new函數(shù)(內(nèi)部malloc)分配內(nèi)存
- 轉(zhuǎn)型
- 調(diào)用構(gòu)造函數(shù)胧后，賦初始值
- 包含指針
三個步驟是相同的芋浮，在這個例子里，operator new分配了4個字節(jié)的空間給指針壳快，然后轉(zhuǎn)型纸巷，第三步調(diào)用構(gòu)造的函數(shù)的時候镇草，又動態(tài)分配了6個字節(jié)的空間給hello并把地址返回給指針ps
delete：先調(diào)用析構(gòu)，再釋放內(nèi)存
delete內(nèi)部實現(xiàn)分為兩步：
- 調(diào)用析構(gòu)函數(shù)
- operator delete釋放內(nèi)存
物理內(nèi)存塊模型 in VC
- 動態(tài)內(nèi)存分配的對象
在實際的VC編譯器中瘤旨，一個Complex對象是8個字節(jié)梯啤，需要包含4*2個字節(jié)的cookie(delete回收的時候是根據(jù)cookie來進(jìn)行回收的)，一共是16字節(jié)存哲，在調(diào)試模式下因宇，需要額外的32+4個字節(jié)的信息。
- 動態(tài)內(nèi)存分配的array
Complex數(shù)組連續(xù)分配三個對象空間祟偷，并且多了一個4字節(jié)存放數(shù)組的大小內(nèi)存察滑，在沒有調(diào)試模式下，83 + 42 +4 = 36肩袍，序列化必須是16的倍數(shù)，所以婚惫，在實際的內(nèi)存中是48字節(jié)氛赐。String的數(shù)組看起來會更小一點，但是還要在堆里面的內(nèi)存先舷。
- 為什么array new 一定要搭配 array delete
這個問題就在于delete[] 會多次調(diào)用析構(gòu)函數(shù)艰管，而不加[]只會調(diào)用一次析構(gòu)函數(shù)，所以蒋川，在這個例子中牲芋，最后兩個對象內(nèi)部動態(tài)分配的內(nèi)存是被泄漏了，這個內(nèi)存模型分為兩部分捺球，對象數(shù)組部分和對象動態(tài)內(nèi)存缸浦，他們都是在堆里的，那么我們調(diào)用delete p的時候到底泄漏了多少內(nèi)存呢氮兵？答案是后兩個對象的動態(tài)內(nèi)存裂逐，對象數(shù)組本身的內(nèi)存是delete根據(jù)cookie進(jìn)行釋放的。所以泣栈，如果我的類是沒有指針的卜高，那么我直接調(diào)用delete p是不會造成內(nèi)存泄漏的。
