我的结论是,从原则上和可行性上说,垃圾回收都是需要的。但是对今天的用户以及普遍的使用和硬件而言,我们还无法承受将C++的语义和它的基本库定义在垃圾回收系统之上的负担。”
以我之见,统一的自动垃圾回收系统无法适用于各种不同的应用环境,而又不至于导致实现上的负担。稍后我将设计一个针对特定类型的可选的垃圾回收器,可以很明显地看到,或多或少总是存在一些效率上的开销,如果强迫C++用户必须接受这一点,也许是不可取的。
关于为什么C++没有垃圾回收以及可能的在C++中为此做出的努力,上面提到的著作是我所看过的对这个问题叙述的最全面的,尽管只有短短的一个小节的内容,但是已经涵盖了很多内容,这正是Bjarne著作的一贯特点,言简意赅而内韵十足。
下面一步一步地向大家介绍我自己土制佳酿的垃圾回收系统,可以按照需要自由选用,而不影响其他代码。
构造函数和析构函数
C++中提供的构造函数和析构函数很好的解决了自动释放资源的需求。Bjarne有一句名言,“资源需求就是初始化(Resource Inquirment Is Initialization)”。
因此,我们可以将需要分配的资源在构造函数中申请完成,而在析构函数中释放已经分配的资源,只要对象的生存期结束,对象请求分配的资源即被自动释放。
那么就仅剩下一个问题了,如果对象本身是在自由存储区(Free Store,也就是所谓的“堆”)中动态创建的,并由指针管理(相信你已经知道为什么了),则还是必须通过编码显式的调用析构函数,当然是借助指针的delete表达式。
智能指针
幸运的是,出于某些原因,C++的标准库中至少引入了一种类型的智能指针,虽然在使用上有局限性,但是它刚好可以解决我们的这个难题,这就是标准库中唯一的一个智能指针::std::auto_ptr<>。
它将指针包装成了类,并且重载了反引用(dereference)运算符operator *和成员选择运算符operator ->,以模仿指针的行为。关于auto_ptr<>的具体细节,参阅《The C++ Standard Library》(中译本:C++标准库)。
例如以下代码,
#include < cstring >
#include < memory >
#include < iostream >
class string
{
public:
string(const char* cstr) { _data=new char [ strlen(cstr)+1 ]; strcpy(_data, cstr); }
~string() { delete [] _data; }
const char* c_str() const { return _data; }
private:
char* _data;
};
void foo()
{
::std::auto_ptr < string > str ( new string( " hello " ) );
::std::cout << str->c_str() << ::std::endl;
}
由于str是函数的局部对象,因此在函数退出点生存期结束,此时auto_ptr<string>的析构函数调用,自动销毁内部指针维护的string对象(先前在构造函数中通过new表达式分配而来的),并进而执行string的析构函数,释放为实际的字符串动态申请的内存。在string中也可能管理其他类型的资源,如用于多线程环境下的同步资源。下图说明了上面的过程。










