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通过引用计数解决野指针的问题(C&C++)

浏览:3356次  出处信息

    C/C++代码中，野指针问题历来已久，当然，大家都知道new/delete要成对出现:

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A *p = new A();
delete p;
p = NULL;

    然而现实中却并不是总是如此简单，考虑如下例子:

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class A
{
public:
    C() {}
    virtual ~C() {}
};
class B
{
public:
    B() {
        m_pA = NULL;
    }
    virtual ~B() {}
 
    void SetA(A* p)
    {
        m_pA = p;
    }
 
private:
    A* m_pA;
};
 
A* pA = new A();
B* pB = new B();
pB->SetA(pA);
 
delete pA;
pA = NULL;
//此时B中的m_pA已经无效，但是m_pA仍然不等于NULL，所以用 != NULL来判断不会有任何作用

    简单来说，即pA被赋值为NULL，对B中的m_pA没有产生影响，那么怎么才能产生影响呢？

     我们有两个做法：

     第一种，在A的析构函数里面去B.SetA(NULL)，但是这个相当于A去操作了B的数据，这是不合理的。而且当外面的指针非常多的时候，也根本不可能实现。

     第二种方法呢？是的，我们可以用二级指针。

     考虑如下代码:

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class A
{
public:
    C() {}
    virtual ~C() {}
};
class B
{
public:
    B() {
        m_ppA = NULL;
    }
    virtual ~B() {}
 
    void SetA(A** pp)
    {
        m_ppA = pp;
    }
 
private:
    A** m_ppA;
};
 
A** ppA = new (A*)();
 
(*ppA) = new A();
B* pB = new B();
 
pB->SetA(ppA);
 
delete (*ppA);
(*ppA) = NULL;
 
//这个时候，B中的m_ppA也会收到影响，即*m_ppA == NULL

    这样确实可以解决野指针的问题，但是同时也引入了另一个问题，那就是ppA本身该什么时候释放呢？答案是：当最后一个引用ppA的类释放掉的时候。

     最后一个，对，我们可以使用引用计数！

     OK，正式放出我们的代码，其中使用了引用计数来确定当最后一个类释放掉的时候，ppA指针的内存被析构:

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/*=============================================================================
#
#     FileName: ptr_proxy.h
#         Desc: 这个类的作用，就是为了解决互指指针，不知道对方已经析构的问题
#
#       Author: dantezhu
#        Email: zny2008@gmail.com
#     HomePage: http://www.vimer.cn
#
#      Created: 2011-06-13 15:24:12
#      Version: 0.0.1
#      History:
#               0.0.1 | dantezhu | 2011-06-13 15:24:12 | initialization
#
=============================================================================*/
 
#ifndef __PTR_PROXY_H__
#define __PTR_PROXY_H__
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
using namespace std;
 
template 
class ptr_proxy
{
public:
    ptr_proxy(const T* pobj=NULL) : m_ppobj(NULL), m_pcount(NULL)
    {
        if (pobj == NULL)
        {
            return;
        }
        init(pobj);
    }
 
    ptr_proxy(const ptr_proxy& rhs) // 拷贝构造函数
    {
        m_ppobj = rhs.m_ppobj; // 指向同一块内存
        m_pcount = rhs.m_pcount; // 使用同一个计数值
        add_count();
    }
 
    virtual ~ptr_proxy()
    {
        dec_count();
    }
 
    /**
     * @brief   如果指向的对象被释放了，一定要调用这个函数让他知道
     */
    void set2null()
    {
        if (m_ppobj)
        {
            (*m_ppobj) = NULL;
        }
    }
 
    /**
     * @brief   copy构造函数
     *
     * @param   rhs         被拷贝对象
     *
     * @return  自己的引用
     */
    ptr_proxy& operator=(const ptr_proxy& rhs)
    {
        if( m_ppobj == rhs.m_ppobj ) // 首先判断是否本来就指向同一内存块
            return *this; // 是则直接返回
 
        dec_count();
 
        m_ppobj = rhs.m_ppobj; // 指向同一块内存
        m_pcount = rhs.m_pcount; // 使用同一个计数值
        add_count();
 
        return *this; // 是则直接返回
    }
 
    ptr_proxy& operator=(const T* pobj)
    {
        if(m_ppobj && *m_ppobj == pobj) // 首先判断是否本来就指向同一内存块
            return *this; // 是则直接返回
        dec_count();
 
        init(pobj);
 
        return *this;
    }
 
    /**
     * @brief   获取内部关联的obj的指针
     *
     * @return
     */
    T* true_ptr()
    {
        if (m_ppobj)
        {
            return *m_ppobj;
        }
        else
        {
            return NULL;
        }
    }
 
    /**
     * @brief   获取内部关联的obj的指针
     *
     * @return
     */
    T* operator*()
    {
        return true_ptr();
    }
 
    /**
     * @brief   获取内部关联的obj的个数
     *
     * @return  个数
     */
    int count()
    {
        if (m_pcount != NULL)
        {
            return *m_pcount;
        }
        return 0;
    }
 
    /**
     * @brief   判断智能指针是否为空
     *
     * @return
     */
    bool is_null()
    {
        if (m_ppobj == NULL || (*m_ppobj) == NULL)
        {
            return true;
        }
        return false;
    }
 
protected:
    void init(const T* pobj)
    {
        m_ppobj = new (T*)();
        *m_ppobj = (T*)pobj;
        m_pcount = new int(); // 初始化计数值为 1
        *m_pcount = 1;
    }
 
    void add_count()
    {
        if (m_pcount == NULL)
        {
            return;
        }
        (*m_pcount) ++;
    }
 
    /**
     * @brief   计数减1
     */
    void dec_count()
    {
        if (m_pcount == NULL || m_ppobj == NULL)
        {
            return;
        }
 
        (*m_pcount)--; // 计数值减 1 ，因为该指针不再指向原来内存块了
        if( *m_pcount <= 0 ) // 已经没有别的指针指向原来内存块了
        {
            //我们不去主动析构对象
            //free_sptr(*m_ppobj);//把对象析构
            if (m_ppobj != NULL)
            {
                delete m_ppobj;
                m_ppobj = NULL;
            }
 
            if (m_pcount != NULL)
            {
                delete m_pcount;
                m_pcount = NULL;
            }
        }
    }
 
protected:
    T** m_ppobj;
    int* m_pcount;
};
 
template 
class IPtrProxy
{
public:
    IPtrProxy() {
        m_ptr_proxy = (T*)this;
    }
    virtual ~IPtrProxy() {
        m_ptr_proxy.set2null();
    }
 
    ptr_proxy& get_ptr_proxy()
    {
        return m_ptr_proxy;
    }
 
protected:
    ptr_proxy m_ptr_proxy;
};
 
#endif

    我们来写段测试代码测试一下:

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#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
 
#include \"ptr_proxy.h\"
 
using namespace std;
 
class A : public IPtrProxy
{
public:
    A() {}
    virtual ~A() {}
};
 
class B : public IPtrProxy
{
public:
    B() {}
    virtual ~B() {}
 
    void print()
    {
        printf(\"this is print\\\\n\");
    }
 
    void SetAPtr(const ptr_proxy& pptr)
    {
        m_ptr_a = pptr;
    }
 
    void check()
    {
        if (m_ptr_a.is_null())
        {
            printf(\"is null\\\\n\");
        }
        else
        {
            printf(\"is not null\\\\n\");
        }
    }
 
    ptr_proxy m_ptr_a;
};
 
int main(int argc, char **argv)
{
    A* a = new A();
    B* b = new B();
    b->SetAPtr(a->get_ptr_proxy());
    delete a;
    b->check();
 
    b->get_ptr_proxy().true_ptr()->print();
    delete b;
    return 0;
}

    输出为:

is null
this is print

    这个类最有效的使用场景是当出现大量互指指针时，那么指向对象的指针有效性判断就尤其重要，而这个类可以完美解决这个问题。

    可能想的比较深的朋友会问，既然引用计数都已经用上了，那么为什么不直接通过引用计数来析构呢？

     其实这几天我也在尝试，C++是否能引入完美的引用计数进行对象管理，而最终卡在一个地方，即：

    如果，在类的构造函数里面，需要将引用计数对象构造出来，那么引用计数就会出现问题，如:

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class A
{
public:
    A() {
        Count t(this);
    }
    virtual ~A() {}
};
Count c = new A();

    这个时候就会出现问题，除非把Count构造的计数对象放到一个对象池中管理，但是又会增加对象查找的成本，所以最终放弃了这个想法。

     另外一点就是，C/C++的指针在很多情况下是最方便的，过度的封装很可能会弄巧成拙，所以适度就好。

    OK，惯例代码还是放到googlecode上：

     http://code.google.com/p/vimercode/source/browse/#svn%2Ftrunk%2Fptr_proxy

建议继续学习：

  1. Linus：为何对象引用计数必须是原子的    (阅读：11345)
  2. Linus：利用二级指针删除单向链表    (阅读：11139)
  3. C语言结构体里的成员数组和指针    (阅读：4589)
  4. 字符引用和空白字符    (阅读：3581)
  5. C 语言中统一的函数指针    (阅读：2969)
  6. cpp智能指针的简单实现    (阅读：2927)
  7. 变量引用可提供执行速度    (阅读：2875)
  8. PHP错误抑制符(@)导致引用传参失败的Bug    (阅读：2516)
  9. 一个想当然造成的错误(函数引用参数的一个问题)    (阅读：2360)
  10. 重构发现：指针操作问题    (阅读：2276)
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