소개
C ++는 사용자 정의 유형의 변수를 값 의미론으로 처리 합니다. 이는 객체가 다양한 컨텍스트에서 암시 적으로 복사됨을 의미하며, "객체 복사"가 실제로 무엇을 의미하는지 이해해야합니다.
간단한 예를 살펴 보겠습니다.
class person
{
std::string name;
int age;
public:
person(const std::string& name, int age) : name(name), age(age)
{
}
};
int main()
{
person a("Bjarne Stroustrup", 60);
person b(a); // What happens here?
b = a; // And here?
}
( name(name), age(age)부품에 의아해하는 경우 이를 멤버 이니셜 라이저 목록 이라고 합니다 .)
특별 회원 기능
person객체 를 복사한다는 것은 무엇을 의미 합니까? 이 main기능은 두 가지 별개의 복사 시나리오를 보여줍니다. 초기화 person b(a);는 복사 생성자에 의해 수행됩니다 . 기존 객체의 상태에 따라 새로운 객체를 구성하는 것이 그 임무입니다. 할당 b = a은 복사 할당 연산자에 의해 수행됩니다 . 대상 객체가 이미 처리해야 할 유효한 상태에 있기 때문에 작업이 일반적으로 조금 더 복잡합니다.
우리는 복사 생성 자나 할당 연산자 (또는 소멸자)를 스스로 선언하지 않았기 때문에 암시 적으로 정의되어 있습니다. 표준에서 인용 :
[...] 복사 생성자와 복사 할당 연산자, [...] 및 소멸자는 특수 멤버 함수입니다. [ 참고 : 구현시 프로그램에서 명시 적으로 선언하지 않은 경우 일부 클래스 유형에 대해 이러한 멤버 함수를 암시 적으로 선언합니다.
구현은 사용되는 경우 암시 적으로 정의합니다. [...] 끝 참고 ] [n3126.pdf section 12 §1]
기본적으로 객체를 복사한다는 것은 해당 멤버를 복사하는 것을 의미합니다.
비 유니언 클래스 X에 대한 암시 적으로 정의 된 복사 생성자는 해당 서브 오브젝트의 멤버 별 사본을 수행합니다. [n3126.pdf 섹션 12.8 §16]
비 유니언 클래스 X에 대해 암시 적으로 정의 된 복사 할당 연산자는 해당 서브 오브젝트의 멤버 별 복사 할당을 수행합니다. [n3126.pdf 섹션 12.8 §30]
암시 적 정의
암시 적으로 정의 된 특수 멤버 함수는 person다음과 같습니다.
// 1. copy constructor
person(const person& that) : name(that.name), age(that.age)
{
}
// 2. copy assignment operator
person& operator=(const person& that)
{
name = that.name;
age = that.age;
return *this;
}
// 3. destructor
~person()
{
}
: Memberwise 복사는 우리가이 경우에 원하는 것을 정확하게
name그리고 age우리가 자체 포함, 독립적 얻을 수 있도록, 복사 person개체를. 암시 적으로 정의 된 소멸자는 항상 비어 있습니다. 이 경우에도 생성자에서 리소스를 얻지 못했기 때문에 좋습니다. 멤버의 소멸자는 person소멸자가 완료된 후에 암시 적으로 호출됩니다 .
소멸자의 본문을 실행하고 본문 내에 할당 된 자동 객체를 삭제 한 후, 클래스 X의 소멸자는 X의 직접 [...] 멤버의 소멸자를 호출합니다. [n3126.pdf 12.4 §6]
자원 관리
그렇다면 언제 특수 멤버 함수를 명시 적으로 선언해야합니까? 클래스 가 리소스를 관리 할 때 , 즉 클래스의 객체가 해당 리소스를 담당 할 때 . 이는 일반적으로 생성자에서 리소스를 얻 거나 생성자에 전달 하여 소멸자에서 해제 한다는 것을 의미합니다 .
사전 표준 C ++로 시간을 거슬러 갑시다. 와 같은 것은 없었 std::string으며 프로그래머는 포인터를 좋아했습니다. person클래스는이처럼 보였다 수도 :
class person
{
char* name;
int age;
public:
// the constructor acquires a resource:
// in this case, dynamic memory obtained via new[]
person(const char* the_name, int the_age)
{
name = new char[strlen(the_name) + 1];
strcpy(name, the_name);
age = the_age;
}
// the destructor must release this resource via delete[]
~person()
{
delete[] name;
}
};
오늘날에도 여전히 사람들이 쓰기 수업이 스타일과 곤경에 얻을는 " 나는 벡터에 사람을 밀어 지금은 미친 메모리 오류를 얻을! "기본적으로 회원을 복사하는 개체 수단을 복사하지만 복사 기억 name단지 회원 가리키는 문자 배열이 아닌 포인터를 복사합니다 ! 이것은 몇 가지 불쾌한 효과가 있습니다.
- 를 통한 변경 사항은를 통해
a확인할 수 있습니다 b.
- 일단
b파괴 되면 a.name매달려있는 포인터입니다.
- 이
a삭제되면 매달려 포인터를 삭제하면 정의되지 않은 동작이 생성 됩니다.
- 과제는 과제
name이전에 지적한 사항을 고려하지 않기 때문에 조만간 메모리 누수가 발생합니다.
명시 적 정의
멤버 별 복사는 원하는 효과가 없으므로 문자 배열의 깊은 복사본을 만들려면 복사 생성자와 복사 할당 연산자를 명시 적으로 정의해야합니다.
// 1. copy constructor
person(const person& that)
{
name = new char[strlen(that.name) + 1];
strcpy(name, that.name);
age = that.age;
}
// 2. copy assignment operator
person& operator=(const person& that)
{
if (this != &that)
{
delete[] name;
// This is a dangerous point in the flow of execution!
// We have temporarily invalidated the class invariants,
// and the next statement might throw an exception,
// leaving the object in an invalid state :(
name = new char[strlen(that.name) + 1];
strcpy(name, that.name);
age = that.age;
}
return *this;
}
초기화와 할당의 차이점에 유의하십시오 name. 메모리 누수를 방지하려면 할당하기 전에 이전 상태를 해제해야합니다 . 또한 양식의 자체 할당으로부터 보호해야합니다 x = x. 그 검사없이 delete[] name포함하는 배열 삭제 것입니다 소스 당신이 쓸 때 때문에, 문자열 x = x, 모두 this->name와 that.name같은 포인터를 포함합니다.
예외 안전
불행히도 new char[...]메모리 소진으로 인해 예외 가 발생하면이 솔루션이 실패합니다 . 가능한 해결책 중 하나는 지역 변수를 도입하고 명령문을 재정렬하는 것입니다.
// 2. copy assignment operator
person& operator=(const person& that)
{
char* local_name = new char[strlen(that.name) + 1];
// If the above statement throws,
// the object is still in the same state as before.
// None of the following statements will throw an exception :)
strcpy(local_name, that.name);
delete[] name;
name = local_name;
age = that.age;
return *this;
}
또한 명시적인 확인없이 자체 할당을 처리합니다. 이 문제에 대한 더욱 강력한 해결책은 copy-and-swap idiom 이지만 예외 안전에 대한 자세한 내용은 다루지 않겠습니다. 나는 다음과 같은 점을 지적하기 위해 예외를 언급 했다. 자원을 관리하는 클래스를 작성하는 것은 어렵다.
복사 할 수없는 리소스
파일 핸들 또는 뮤텍스와 같은 일부 리소스는 복사 할 수 없거나 복사해서는 안됩니다. 이 경우 간단히 private정의를 제공하지 않고 복사 생성자와 복사 할당 연산자를 선언하십시오 .
private:
person(const person& that);
person& operator=(const person& that);
또는 boost::noncopyableC ++ 11 이상에서 삭제 된 것으로 상속 하거나 선언 할 수 있습니다 .
person(const person& that) = delete;
person& operator=(const person& that) = delete;
세의 규칙
때때로 자원을 관리하는 클래스를 구현해야합니다. (단일 클래스에서 여러 리소스를 관리하지 않으면 고통을 초래할뿐입니다.)이 경우 세 가지 규칙을 기억하십시오 .
소멸자, 복사 생성자 또는 복사 할당 연산자를 명시 적으로 선언해야하는 경우 세 가지를 모두 명시 적으로 선언해야합니다.
(안타깝게도이 "규칙"은 C ++ 표준 또는 내가 알고있는 컴파일러에 의해 시행되지 않습니다.)
5의 규칙
C ++ 11부터 객체에는 이동 생성자와 이동 할당이라는 두 가지 추가 특수 멤버 함수가 있습니다. 이러한 기능을 구현하는 5 가지 상태의 규칙
서명이있는 예 :
class person
{
std::string name;
int age;
public:
person(const std::string& name, int age); // Ctor
person(const person &) = default; // Copy Ctor
person(person &&) noexcept = default; // Move Ctor
person& operator=(const person &) = default; // Copy Assignment
person& operator=(person &&) noexcept = default; // Move Assignment
~person() noexcept = default; // Dtor
};
제로의 규칙
3/5의 규칙은 0/3/5의 규칙이라고도합니다. 규칙의 0 부분은 클래스를 만들 때 특수 멤버 함수를 작성할 수 없음을 나타냅니다.
조언
대부분의 경우 std::string이미 리소스를 이미 관리하고 있기 때문에 리소스를 직접 관리 할 필요가 없습니다 . std::string멤버를 사용하는 간단한 코드를 a 를 사용하여 복잡하고 오류가 발생하기 쉬운 대안 char*과 비교하면 확신 할 수 있습니다. 원시 포인터 멤버에서 멀리 떨어져있는 한 세 규칙은 자신의 코드와 관련이 없습니다.
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