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關於c++顯示呼叫解構函式的陷阱

一、文章來由

現在在寫一個專案,需要用到多叉樹儲存結構,但是在某個時候,我需要銷燬這棵樹,這意味著如果我新建了一個樹物件,我很可能在某處希望將這個物件的宣告週期終結,自然會想到顯示呼叫解構函式,但是就扯出來這麼大個陷阱。

二、原因

在瞭解為什麼不要輕易顯示呼叫解構函式之前,先來看看預備知識。
為了理解這個問題,我們必須首先弄明白“堆”和“棧”的概念。

1)堆區(heap) —— 一般由程式設計師分配釋放, 若程式設計師不釋放,程式結束時可能由OS回收。注意它與資料結構中的堆是兩回事,分配方式倒是類似於連結串列。

2)棧區(stack) —— 由編譯器自動分配釋放,存放函式的引數值,區域性變數的值等。其操作方式類似於資料結構中的棧。

我們構造物件,往往都是在一段語句體中,比如函式,判斷,迴圈,還有就直接被一對“{}”包含的語句體。這個物件在語句體中被建立,在語句體結束的時候被銷燬。問題就在於,這樣的物件在生命週期中是存在於棧上的。也就是說,如何管理,是系統完成而程式設計師不能控制的。所以,即使我們呼叫了析構,在物件生命週期結束後,系統仍然會再呼叫一次解構函式,將其在棧上銷燬,實現真正的析構。

所以,如果我們在解構函式中有清除堆資料的語句,呼叫兩次意味著第二次會試圖清理已經被清理過了的,根本不再存在的資料!這是件會導致執行時錯誤的問題,並且在編譯的時候不會告訴你!

三、顯示呼叫帶來的後果

如果硬要顯示呼叫解構函式,不是不可以,但是會有如下3條後果:

1)顯式呼叫的時候,解構函式相當於的一個普通的成員函式

2)編譯器隱式呼叫解構函式,如分配了對記憶體,顯式呼叫析構的話引起重複釋放堆記憶體的異常

3)把一個物件看作佔用了部分棧記憶體,佔用了部分堆記憶體(如果申請了的話),這樣便於理解這個問題,系統隱式呼叫解構函式的時候,會加入釋放棧記憶體的動作(而堆記憶體則由使用者手工的釋放);使用者顯式呼叫解構函式的時候,只是單純執行解構函式內的語句,不會釋放棧記憶體,也不會摧毀物件

用如下程式碼表示:

例1:

class aaa
{
public:
    aaa(){}
    ~aaa(){cout<<"deconstructor"
<<endl; } //解構函式 void disp(){cout<<"disp"<<endl;} private: char *p; }; void main() { aaa a; a.~aaa(); a.disp(); }

分析:

這樣的話,顯式兩次destructor,第一次析構相當於呼叫一個普通的成員函式,執行函式內語句,顯示第二次析構是編譯器隱式的呼叫,增加了釋放棧記憶體的動作,這個類未申請堆記憶體,所以物件乾淨地摧毀了,顯式+物件摧毀

例2:

class aaa
{
public:
    aaa(){p = new char[1024];} //申請堆記憶體
    ~aaa(){cout<<"deconstructor"<<endl; delete []p;}
    void disp(){cout<<"disp"<<endl;}
private:
    char *p;
};

void main()
{
aaa a;
a.~aaa();
a.disp();
} 

分析:

這樣的話,第一次顯式呼叫解構函式,相當於呼叫一個普通成員函式,執行函式語句,釋放了堆記憶體,但是並未釋放棧記憶體,物件還存在(但已殘缺,存在不安全因素);第二次呼叫解構函式,再次釋放堆記憶體(此時報異常),然後釋放棧記憶體,物件銷燬

四、奇葩的錯誤

系統在什麼情況下不會自動呼叫解構函式呢?顯然,如果物件被建立在堆上,系統就不會自動呼叫。一個常見的例子是new…delete組合。但是好在呼叫delete的時候,解構函式還是被自動呼叫了。很罕見的例外在於使用佈局new的時候,在delete設定的快取之前,需要顯式呼叫的解構函式,這實在是很少見的情況。

我在棧上建樹之後,顯示呼叫解構函式,物件地址任然存在,甚至還可以往裡面插入節點。。。

其實析構之前最好先看看堆上的資料是不是已經被釋放過了。

////////////////a.hpp
#ifndef A_HPP
#define A_HPP

#include <iostream>
using namespace std;

class A
{
private:
    int a;
    int* temp;
    bool heap_deleted;
public:
    A(int _a);
    A(const A& _a);
    ~A();
    void change(int x);
    void show() const;
};

#endif

////////////a.cpp

#include "a.hpp"
A::A(int _a): heap_deleted(false)
{
    temp = new int;
    *temp = _a;
    a = *temp;
    cout<< "A Constructor!" << endl; 
}

A::A(const A& _a): heap_deleted(false)
{
    temp = new int;
    *temp = _a.a;
    a = *temp;
    cout << "A Copy Constructor" << endl;
}

A::~A()
{
    if ( heap_deleted == false){
        cout << "temp at: " << temp << endl;
        delete temp;
        heap_deleted = true;
        cout << "Heap Deleted!\n";
    }
    else {
        cout << "Heap  already Deleted!\n";
    }

    cout << "A Destroyed!" << endl; 
}

void A::change(int x)
{
    a = x;
}

void A::show() const
{
    cout << "a = " << a << endl;
}


//////////////main.cpp

#include "a.hpp"
int main(int argc, char* argv[])
{

    A a(1);
    a.~A();
    a.show();
    cout << "main() end\n";
    a.change(2);
    a.show();

    return 0;
}

五、小結

所以,一般不要自作聰明的去顯示呼叫解構函式。

—END—

參考文獻