空类型大小&赋值运算符函数&异常安全性原则实例

时间：2022-11-09 00:44:33

C++的基础知识之空类型&赋值运算符函数&异常安全性原则

关于空的结构体

  1. 定义一个空的类型(struct/class)，里面没有任何成员变量和成员函数，对该类型求sizeof，得到的结果为?
  • 1， 空类型的实例中不包含任何信息，本应该求sizeof后得到的为0，但是当我们声明该类型的实例的时候，它必须在内存中占有一定的空间，否则无法使用这些实例。占用内存的多少，取决于编译器，在CLion中，每一个空类型实例占用1字节的空间
  1. 如果在该类型中添加一个构造函数和析构函数，再对该类型求sizeof，结果为？
  • 仍然为1，调用构造函数和析构函数只需要知道函数的地址即可，而这些函数的地址只与类型相关，而与类型的实例无关，编译器也不会因为这两个函数而在实例内添加任何额外的信息。
  1. 如果把析构函数标记为虚函数呢？
  • C++的编译器一旦发现一个类型中有虚函数，就会为该函数生成虚函数表，并在该类型的每一个实例中添加一个指向虚函数表的指针，在32位机器上，一个指针占4字节的空间，因此求sizeof得到4，如果是64位的机器，一个指针占8字节的空间，因此求sizeof则得到8。

赋值运算符函数

题目：如下位类型CMyString的声明，请为该类型添加赋值运算函数。

class CMyString{
public:
    CMyString(char *pData = NULL);
    CMyString(const CMyString& str);    //拷贝构造函数
    ~CMyString();

private:
char *m_pData;
};

在考虑写赋值运算符函数时，需要注意以下几点：

  • 是否把返回值的类型声明为该类型的引用，并在函数结束前返回实例自身的引用(*this)。只有返回一个引用，才可以允许连续赋值。否则如果函数的返回值为void，应用该赋值运算符将不能做连续赋值。假设有3个CMyString的对象：str1, str2和str3，在程序中str1=str2=str3将不能通过编译。
  • 是否把传入的参数的类型声明为常量引用。如果传入的参数不是引用而是实例，那么从形参到实参会调用一次复制构造函数。把参数声明为引用可以避免这样的无谓消耗，能够提高代码的效率。同时，我们在赋值运算符函数内不会改变传入的实例的状态，因此应该传入的引用参数加上const关键字。
  • 是否释放实例自身已有的内存。如果我们忘记在分配新内存之前释放自身已有的空间，程序将出现内存泄漏。
  • 是否判断传入的参数和当前的实例(*this)是不是同一实例。如果是同一个，则不进行赋值操作，直接返回。如果事先不判断就进行赋值，那么在释放实例自身的内存的时候就会导致严重的问题：当*this和传入的参数为同一实例时，那么一旦释放了自身的内存，传入的参数的内存也同时被释放了，因此再也找不到需要赋值的内容了。

综上所述，我们可以写出如下代码：

CMyString& CMyString::operator =(const CMyString& str)
{
if(this == &str)
    {
return *this;
    }

delete []m_pData;
    m_pData = NULL;
    m_pData = new char[strlen(str.m_pData) + 1];
    strcpy(m_pData, str.m_pData);
return *this;
}
考虑异常安全性的解法

​ 在前面的函数中，我们在分配内存之前先用delete释放了实例m_pData的内存。如果此时内存不足导致new char抛出异常， m_pData将是一个空指针，这样很容易导致程序崩溃。 也就是说一旦在赋值运算符函数内不抛出一个异常， CMyString的实例不再保持有效的状态，这就违背了异常安全性原则。(不泄漏任何资源、不破坏数据)

​ 要想在赋值运算符中实现异常安全性，我们有两种方法，一个简单的办法是我们先用new分配新内容再用delete释放已有的内容。这样只在分配内容成功之后再释放原来的内容，也就是当分配内存失败时我们能确保CMyString的实例不会被修改。我们还有一个更好的办法，先创建一个临时实例，在交换临时实例和原来的实例。见下面的代码：

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;
}

​ 在上面的函数中，我们先创建一个临时变量strTemp， 接着把strTemp.m_pData和实例自身的m_pData做交换。由于strTemp是一个局部变量，但程序运行到if的外面时也就出了该变量的作用域， 就会自动调用strTemp的析构函数，把strTemp.m_pData所指向的之前的m_pData的内存，这就相当于自动调用析构函数释放实例的内存。

​ 在新的代码中，我们在CMyString的构造函数里用new分配内存。如果由于内存不足抛出诸如bad_alloc等异常，我们还没有修改原来实例的状态，因此实例的状态还是有效的，这也就保证了异常安全性。

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