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第15条: 要为资源管理类提供对原始资源的访问权
资源管理类的特征是振奋人心的。它构筑起可靠的屏障,有效地防止你的程序发生资源泄漏。对于一个系统的设计方案是否优异,能否预防这样的泄漏可作为一个基本评判标准。在完美的世界里,你可以依靠资源管理类来完成所有的与资源交互的工作,你永远也不能直接访问原始资源。然而世界并不是完美的。许多 API 会直接引用资源,所以除非你发誓不使用这样的 API (这样做显得太不实际了),否则,你必须绕过资源管理类,然后在需要的时候及时手工处理原始资源。
举例说,第 13 条中引入了下面的做法 :使用诸如 auto_ptr 或者 tr1::shared_ptr 这样的智能指针来保存诸如 createInvestment 这样的工厂函数的返回值:
std::tr1::shared_ptr<Investment> pInv(createInvestment());
// 来自第 13 条
假设,当你使用一个 Investment 对象时,你需要一个这样的函数:
int daysHeld(const Investment *pi); // 返回投资持续的天数
你可能希望这样来调用它:
int days = daysHeld(pInv); // 错!
但是这段代码无法通过编译:因为 daysHeld 需要一个原始的 Investment* 指针,但是你传递给它的对象的类型却是 tr1::shared_ptr<Investment> 。
你需要一个渠道来 将一个 RAII 类的对 象(在上面的示例中是 tr1::shared_ptr )转变为它所包含的原始资源(比如说,原始的 Investment* )。这里实现这一转变有两个一般的方法:显式转换和隐式转换。
tr1::shared_ptr 和 auto_ptr 都提供了一个 get 成员函数来进行显式转换,也就是说,返回一个智能指针对象中的裸指针(的副本):
int days = daysHeld(pInv.get()); // 工作正常,将 pInv 中的
// 裸指针传递给 daysHeld
似乎所有的智能指针类,包括 tr1::shared_ptr 和 auto_ptr 等等,都会重载指针解析运算符( operator-> 和 operator* ),这便使得对原始裸指针进行隐式转换成为现实:
class Investment { // 投资类型的层次结构中
// 最为根基的部分
public:
bool isTaxFree() const;
...
};
Investment* createInvestment(); // 工厂函数
std::tr1::shared_ptr<Investment> pi1(createInvestment());
// 使用 tr1::shared_ptr
// 管理资源
bool taxable1 = !(pi1->isTaxFree());
// 通过 operator-> 访问资源
...
std::auto_ptr<Investment> pi2(createInvestment());
// 使用 auto_ptr 管理资源
bool taxable2 = !((*pi2).isTaxFree());
// 通过 operator* 访问资源
...
由于 某些时刻你需要获取一个 RAII 对象中的原始资源,所以一些 RAII 类的设计者使用了一个小手段来使系统正常运行,那就是:提供一个隐式转换函数。举例说,以下是一个 C 语言 API 中提供的处理字体的一个 RAII 类:
FontHandle getFont(); // 来自一个 C 语言 API
// 省略参数表以简化代码
void releaseFont(FontHandle fh); // 来自同一个 C 语言 API
class Font { // RAII 类
public:
explicit Font(FontHandle fh) // 通过传值获取资源
: f(fh) // 因为这一 C 语言 API 这样做
{}
~Font() { releaseFont(f); } // 释放资源
private:
FontHandle f; // 原始的字体资源
};
假设这里有一个大型的相关的 C 语言 API 仅仅通过 FontHandle 解决字体问题,那么将存在十分频繁的把 Font 对象转换为 FontHandle 的操作。 Font 类可以提供一个显式转换函数,比如 get :
class Font {
public:
...
FontHandle get() const { return f; }
// 进行显式转换的函数
...
};
遗憾的是,这样做使得客户端程序员在每次 与这一 API 通 信时都要调用一次 get :
void changeFontSize(FontHandle f, int newSize);
// 来自一个 C 语言 API
Font f(getFont());
int newFontSize;
...
changeFontSize(f.get(), newFontSize);
// 显式转换:从 Font 到 FontHandle
由于需要显式请求这样的转换,这样做显得得不偿失,一些程序员也许会拒绝使用这个类。然而这又增加了字体资源泄漏的可能性,这与 Font 类的设计初衷是完全相悖的。
有一个替代方案,让 Font 提供一个将其隐式转换为 Fonthandle 的函数:
class Font {
public:
...
operator FontHandle() const { return f; }
// 进行隐式转换的函数
...
};
这使得调用这一 C 语言 API 的工作变得简洁而且自然:
Font f(getFont());
int newFontSize;
...
changeFontSize(f, newFontSize); // 隐式转换:从 Font 到 FontHandle
隐式转换会带来一定的负面效应:它会增加出错的可能。比如说,一个客户端程序员在一个需要 Font 的地方意外地创建了一个 FontHandle :
Font f1(getFont());
...
FontHandle f2 = f1; // 啊哦!本想复制一个 Font 对象,
// 但是却却将 f1 隐式转换为其原始的
// FontHandle ,然后复制它
现在程序中有一个 FontHandle 资源正在由 Font 对象 f1 来管理,但是仍然可以通过 f2 直接访问 FontHandle 资源。这是很糟糕的。比如说,当 f1 被销毁时,字体就会被释放, f2 也一样。
是 为 RAII 类提供显式转换为其原始资源的方法,还是允许隐式转换,上面两个问题的答案取决于 RAII 类设计用于完成的具体任务,及其被使用的具体环境。最好的设计方案应该遵循第 18 条 的建议,让接口更容易被正确使用,而不易被误用。通常情况下,定义一个类似于 get 的显式转换函数是一个较好的途径,应为它可以使非故意类型转换的可能性降至最低。然而,使用隐式类型转换显得更加自然,人们更趋向于使用它。
你可能已经发现,让一个函数返 回一个 RAII 类内部的原始资源是违背封装性原则的。的确是这样,但是它实际上并不像看上去那样糟糕。 RAII 类并不是用来封装什么的。它们是用来进行一些特别的操作的,那就是资源释放。如果需要,资源封装工作可以放在这一主要功能的最顶端,但是这并不是必需的。另外,一 些 RAII 类 结合了实现封装的严格性和原始资源封装的宽松性。比如 tr1::shared_ptr 对其引用计数机制进行了整体封装,但是它仍然为其所包含的裸指针提供了方便的访问方法。就像其它设计优秀的类一样,它隐藏了客户端程序员不需要关心的内容,但是它使得客户端程序员的确需要使用的部分对其可见。
牢记在心
l API 通常需要访问原始资源,因此每个 RAII 类都应该提供一个途径来获取它所管理的资源。
l 访问可以通过显式转换或隐式转换来实现。一般情况下,显式转换更安全,但是隐式转换对于客户端程序员来说使用更方便。