如何深度剖析C++資源管理細(xì)節(jié)

如何深度剖析C++資源管理細(xì)節(jié)，很多新手對(duì)此不是很清楚，為了幫助大家解決這個(gè)難題，下面小編將為大家詳細(xì)講解，有這方面需求的人可以來(lái)學(xué)習(xí)下，希望你能有所收獲。

我們從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的角度上講，C/C++ 支持 3 種內(nèi)存管理方式，基于棧的C++資源管理，基于堆的動(dòng)態(tài)管理，和基于全局區(qū)的靜態(tài)管理,僅供大家學(xué)習(xí)切磋。

C++資源管理兩門語(yǔ)言的定位不同，它們?cè)谫Y源管理方面采取了兩種截然不同的方式：一為GC，一為RAII。GC讓程序建立在更高的抽象層次上，使資源管理變得更方便，更安全;而RAII則保留了C的底層能力，同時(shí)在C++特性的支持下提供了簡(jiǎn)單有效的資源管理方式。

我們知道C++最激烈的批評(píng)往往來(lái)自于C社區(qū)，而在我看來(lái)C程序員可以不接受虛函數(shù)，不接受模板，但有什么理由不接受RAII呢?可以說(shuō)RAII是C++相對(duì)C來(lái)說(shuō)幾乎無(wú)副作用的明顯進(jìn)步。

下面就從GC開(kāi)始：

C#通過(guò)CLR管理托管內(nèi)存，用引用抽象代替指針間接操作托管內(nèi)存，讓程序員在更高的層次上安全地使用資源。這使得C#失去了直接管理內(nèi)存的能力，但換來(lái)了以下好處：

1.類型安全：在C/C++中可以通過(guò)類型轉(zhuǎn)換把整數(shù)或其他類型的指針轉(zhuǎn)換為特定類型的指針，這意味著指針是非類型安全的，必須由程序員來(lái)保證指針代表的內(nèi)存空間的合法性。而C#引用可以看作是類型安全的指針，as運(yùn)算符可以保證轉(zhuǎn)換的類型安全性。

2.內(nèi)存整理：創(chuàng)建對(duì)象需要從堆中動(dòng)態(tài)分配連續(xù)的內(nèi)存空間，由于不同對(duì)象的內(nèi)存大小是不同的，常見(jiàn)的***匹配和***匹配堆分配算法都會(huì)造成堆中的內(nèi)存碎片問(wèn)題。碎片的存在使實(shí)際可用內(nèi)存小于物理內(nèi)存，所以應(yīng)盡量減少碎片的產(chǎn)生。

一個(gè)方向是設(shè)計(jì)更好的內(nèi)存分配算法;另一個(gè)方向是通過(guò)周期性地進(jìn)行內(nèi)存整理調(diào)整優(yōu)化。在C++資源管理中，由于指針代表了絕對(duì)地址，因此不存在通用的內(nèi)存整理算法;而C#屏蔽了指針，通過(guò)引用操作對(duì)象，就使得內(nèi)存整理成為可能。

PS：這并不意味著C/C++內(nèi)存分配就弱于C#，C++資源管理可以為某種類型的對(duì)象設(shè)計(jì)專用的內(nèi)存分配方式，甚至把對(duì)象指定分配到某一物理地址空間，這些都是C#不具備的。

托管和非托管資源

在C#中，資源分為托管資源和非托管資源兩種。GC在回收無(wú)用對(duì)象資源時(shí)，可以自動(dòng)回收托管資源(比如托管內(nèi)存)，但對(duì)于非托管資源(比如Socket、文件、數(shù)據(jù)庫(kù)連接)必須在程序中顯式釋放。

托管資源的回收首先需要GC識(shí)別無(wú)用對(duì)象，然后回收其資源。一般無(wú)用對(duì)象是指通過(guò)當(dāng)前的系統(tǒng)根對(duì)象和調(diào)用堆棧對(duì)象不可達(dá)的對(duì)象。對(duì)象有一個(gè)重要的特點(diǎn)導(dǎo)致無(wú)用對(duì)象判斷的復(fù)雜性：對(duì)象間的相互引用!如果沒(méi)有相互引用，就可以通過(guò)“引用計(jì)數(shù)”這種簡(jiǎn)單高效的方式實(shí)現(xiàn)無(wú)用對(duì)象的判斷，并實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)回收。

正是由于相互引用的存在導(dǎo)致GC需要設(shè)計(jì)更為復(fù)雜的算法，這樣帶來(lái)的***問(wèn)題在于喪失了資源回收的實(shí)時(shí)性，而變成一種不確定的方式。對(duì)于非托管資源的釋放，C#提供了兩種方式：

1.Finalizer：寫法貌似C++資源管理的析構(gòu)函數(shù)，本質(zhì)上卻相差甚遠(yuǎn)。Finalizer是對(duì)象被GC回收之前調(diào)用的終結(jié)器，初衷是在這里釋放非托管資源，但由于GC運(yùn)行時(shí)機(jī)的不確定性，通常會(huì)導(dǎo)致非托管資源釋放不及時(shí)。

另外，F(xiàn)inalizer可能還會(huì)有意想不到的副作用，比如：被回收的對(duì)象已經(jīng)沒(méi)有被其他可用對(duì)象所引用，但Finalizer內(nèi)部卻把它重新變成可用，這就破壞了GC垃圾收集過(guò)程的原子性，增大了GC開(kāi)銷。

2.Dispose Pattern：C#提供using關(guān)鍵字支持Dispose Pattern進(jìn)行資源釋放。這樣能通過(guò)確定的方式釋放非托管資源，而且using結(jié)構(gòu)提供了異常安全性。所以，一般建議采用Dispose Pattern，并在Finalizer中輔以檢查，如果忘記顯式Dispose對(duì)象則在Finalizer中釋放資源。

可以說(shuō)，GC為程序帶來(lái)安全方便的同時(shí)也付出了不小的代價(jià)：一則喪失了托管資源回收的實(shí)時(shí)性，這在實(shí)時(shí)系統(tǒng)和資源受限系統(tǒng)中是致命的;二則沒(méi)有把托管資源和非托管資源的管理統(tǒng)一起來(lái)，造成概念割裂。

C++的定位之一是底層開(kāi)發(fā)能力，所以不難理解GC并沒(méi)有成為C++的語(yǔ)言特性。雖然我們?cè)?span >C++0x和各種第三方庫(kù)都能看到GC的身影，但GC對(duì)于C++來(lái)講并不是那么重要，至多是一個(gè)有益的補(bǔ)充。C++資源管理足以傲視C，并和C# GC一較高下的是它的RAII。

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