“zero 幫幫忙吧 ～～ ”
“燦爛”的笑臉，充滿誠意的眼神，再加上點(diǎn)頭哈腰的姿勢，這三者構(gòu)成了一尊名為“有求于人”的塑像。
在 QQ 上聊的正歡的 zero 抬起頭，看著塑像的作者和材料 ——— pisces ，方圓五十米內(nèi)唯一的女性程序員 ——— 問道：“什么事？”
“我這里有一段 C++ 程序調(diào)不通。”
“這類問題你應(yīng)該去問 Solmyr。”
“哎呀，別開玩笑了，我哪敢去問他呀！總說我笨！上次問他一個(gè)小問題，結(jié)果又被訓(xùn)的狗血噴頭，哼！”，pisces 顯得忿忿不平，“還是你來幫幫我吧，我知道你是部門里有數(shù)的高手，肯定搞的定的。幫幫忙吧 ～～”
zero 明顯的被打動了，于是，在 pisces 的努力下，zero 坐到了 pisces 的計(jì)算機(jī)前。
“好吧，什么問題？”
“是這樣的啦，這里有一組 C 風(fēng)格的 API ，負(fù)責(zé)管理設(shè)備上的字符通信鏈接。它們是好些年前設(shè)計(jì)的”，說著，pisces 調(diào)出了一些代碼：
// old C style API
typedef int conn_handle;
typedef struct
{
/* ... 打開鏈接所需的參數(shù)和屬性 ... */
}conn_attr;
conn_handle open_conn(conn_attr* p_attr, char* buf, unsigned int buf_size);
void close_conn(conn_handle h);
char read_conn(conn_handle h);
void write_conn(conn_handle h, char c);
...
“枝節(jié)的東西不算，主干大概就是這樣，一對函數(shù)負(fù)責(zé)打開和關(guān)閉，一對函數(shù)負(fù)責(zé)讀寫。創(chuàng)建鏈接時(shí)候的那個(gè) buf
參數(shù)指向一個(gè)緩沖區(qū)，這個(gè)要你自己分配并把長度傳進(jìn)去，和鏈接一一對應(yīng)，read_conn/write_conn
會用它做緩沖。我的任務(wù)就是寫個(gè)類把這些 API 包裝起來。”，說著 pisces 又調(diào)出了另外一段代碼：
// pisces' connection class
class connection
{
private:
conn_attr m_attr;
bool m_opened;
int m_bufsize;
char* m_buf;
conn_handle m_h;
...
public:
connection(const conn_attr& attr, int bufsize)
{
m_attr = attr;
m_opened = false;
m_bufsize = bufsize;
m_buf = new char[m_bufsize];
}
~connection() { delete m_buf; }
void open()
{
m_h = open_conn(&m_attr, m_buf, m_bufsize);
m_opened = true;
}
void close()
{
close_conn(m_h);
m_opened = false;
}
char read()
{
assert(m_opened);
return read_conn(m_h);
}
void write(char c)
{
assert(m_opened);
write_conn(m_h, c);
}
...
};
“應(yīng)該是很簡單的，可是不知道怎么回事，用了 connection 類的程序總是時(shí)不時(shí)的崩潰，說是非法的內(nèi)存操作。”，pisces 顯得很苦惱。
zero 一眼就看出了毛病 ——— 這使他小小的自鳴得意了一下 ——— 但是表面上不動聲色，等到他看過 pisces 提供的“總是引發(fā)崩潰”的代碼段之后，他才開口說到：
“這
是一個(gè)常見的錯(cuò)誤 pisces”，zero 盡量使自己的口吻和語氣聽起來象一個(gè)權(quán)威，“關(guān)于
C++，有一條重要的指導(dǎo)原則：析構(gòu)函數(shù)、拷貝構(gòu)造函數(shù)和賦值運(yùn)算符三者幾乎總是一起出現(xiàn)。也就是說，如果你為一個(gè)類寫了析構(gòu)函數(shù)，那么往往你不得不再提
供一個(gè)拷貝構(gòu)造函數(shù)和一個(gè)賦值運(yùn)算符，違反它往往意味著錯(cuò)誤。你看這里：”
說著，zero 在屏幕上標(biāo)出了兩行代碼：
void some_func()
{
conn_attr attr;
...
connection c1(512, attr);
connection tmp = c1;
...
}
“這
里對象 tmp 是從 c1 拷貝構(gòu)造而來的，而你沒有定義拷貝構(gòu)造函數(shù)，這使得編譯器在這里自動進(jìn)行按位拷貝，而這使得 tmp 和 c1
的所有成員都相等，包括 m_buf 成員。這樣在函數(shù)返回時(shí)，c1 析構(gòu)的時(shí)候 delete 了一遍 m_buf，在 tmp 析構(gòu)的時(shí)候又
delete 了一遍 ……”
“哦！我明白了！” pisces 打斷了 zero ，“所以就出現(xiàn)一個(gè)非法內(nèi)存操作，對吧？哎呀，這一條以前在學(xué)校里寫 string 類的時(shí)候遇到過，我怎么會忘了呢？”
“對，你只要寫一個(gè)拷貝構(gòu)造函數(shù)和一個(gè)賦值運(yùn)算符處理一下 m_buf 指針就可以解決這個(gè)問題了。這你自己搞的定吧？”
“我可以的，多謝了 zero ！”
zero 心滿意足的回到了自己的座位上，開始繼續(xù)和“你不懂我纖細(xì)的心”在 QQ 上探討“愛情的意義”。可是好景不長，沒過多久，本文開頭所描述的景象再一次的出現(xiàn)了。
“zero 幫幫忙吧 ～～ ”
zero 在心中嘆了口氣，抬頭問道：“又是什么問題，pisces？”
“呃，還是那個(gè)類。我照你說的給 conn 添加了拷貝構(gòu)造函數(shù)，非法內(nèi)存操作確實(shí)少多了，可還是有，還有好像鏈接傳輸數(shù)據(jù)也有點(diǎn)問題 ———— 你還是過來幫我看看吧 ～～”
zero 心不甘情不愿的再次來到了 pisces 的計(jì)算機(jī)前，翻出 pisces 寫的拷貝構(gòu)造函數(shù)檢查起來：
connection(const connection& other)
{
m_attr = other.m_attr;
m_bufsize = other.m_bufsize;
m_buf = new char[m_bufsize];
memcpy(m_buf, other.m_buf, m_bufsize);
m_opened = other.m_opened;
m_h = other.m_h;
}
zero 的眉頭皺了起來，這個(gè)拷貝構(gòu)造函數(shù)似乎應(yīng)該可以解決問題，顯然現(xiàn)在兩個(gè) m_buf 各自指向合法的內(nèi)存，不再存在兩次釋放的問題。那么問題出在哪兒呢？zero 陷入了沉思。不過僅僅多花了不到 1 分鐘，zero 就明白了過來。
“哦！我明白了！見鬼，我怎么會沒注意到這個(gè)。pisces ，問題還是出在 m_buf 上面，因?yàn)殒溄雍途彌_區(qū)指針是一一對應(yīng)的，所以拷貝構(gòu)造函數(shù)里新分配的緩沖區(qū)根本不起作用。”
pisces 眨了眨眼，表情略顯呆滯。
“給你舉個(gè)例子吧。”zero 飛快的鍵入一段測試代碼：
connection* pc = NULL;
{
conn_attr attr;
connection c1(512, attr);
c1.open();
pc = new connection(c1);
}
pc->write('A');
“c1
的構(gòu)造函數(shù)里調(diào)用 new 為它的 m_buf 成員分配內(nèi)存，緊接著在 open 函數(shù)里調(diào)用 open_conn
打開了一個(gè)鏈接，注意這里我們傳入 open_conn 的參數(shù)是 c1.m_buf ，所以這個(gè)鏈接對應(yīng)的緩沖區(qū)指針是 c1.m_buf
。然后我們執(zhí)行 pc = new connection(c1)，新對象從 c1 拷貝構(gòu)造，所以 pc->m_h 和 c1.m_h
相等，也就是說這兩個(gè)對象保存的 m_h 標(biāo)識著同一個(gè)鏈接，對應(yīng)的緩沖區(qū)指針都是 c1.m_buf ———— ”
zero 象 Solmyr 常做的那樣停了下來，但卻失望的看到 pisces 毫無反應(yīng)，只好接著往下說：
“所
以接下來的 pc->write 在調(diào)用 write_conn 時(shí)候，這個(gè) API 并不知道這是通過另外一個(gè)對象在調(diào)用它，它仍然試圖使用
c1.m_buf 作為緩沖區(qū)，但這個(gè)時(shí)候 c1 已經(jīng)結(jié)束了它的生命周期，c1.m_buf 已經(jīng)被釋放了，所以，這是一個(gè)非法的內(nèi)存訪問。”
pisces 舔了舔嘴唇：“ …… 那 …… 那么現(xiàn)在怎么辦？”
zero 翻了個(gè)白眼 ——— 很明顯 pisces 根本沒明白是怎么一回事 ——— 開始考慮怎樣應(yīng)付眼前這個(gè)問題。
“嗯，
看樣子，這里必須考慮多個(gè)對象共享一個(gè)指針的問題，嗯，為了保證這塊內(nèi)存被釋放 …… 恐怕 ……
恐怕得用上引用計(jì)數(shù)技術(shù)（請參見“小品文系列之五：垃圾收集”）才搞得定，要不要用 boost::shared_ptr 呢？”，zero
一邊想，一邊自言自語。突然間 ———
“邏輯的混亂導(dǎo)致實(shí)現(xiàn)上的復(fù)雜，zero，這個(gè) connection 類千瘡百孔啊。”，Solmyr 的聲音毫無預(yù)兆的在背后響起。
zero 在 0.01 秒內(nèi)控制住了拔腿飛奔的沖動，以盡可能放松的姿態(tài)緩緩的轉(zhuǎn)過身來。在他的面前是披著一貫優(yōu)雅偽裝的 Solmyr，一手端著果汁，一手牢牢的拽著仍在拼命掙扎試圖逃走的 pisces 。
“啊 Solmyr ，我正想找你呢，這個(gè)問題稍許有點(diǎn)棘手。”
“是嗎？那你的腿為什么在抖？”
“嗯？沒有，有點(diǎn)冷而已 …… 啊 Solmyr ，你剛剛說什么來著？”
“邏輯的混亂導(dǎo)致實(shí)現(xiàn)上的復(fù)雜，zero，這個(gè) connection 類千瘡百孔。”Solmyr 把 pisces 按在旁邊的座位上，接著說到：“你剛才發(fā)現(xiàn)的問題只是其中之一而已。看一下這個(gè)：”
void some_func()
{
conn_attr attr;
...
connection c1(512, attr);
c1.open();
...
connection tmp = c1;
c1.close();
tmp.write('a');
...
}
“這會導(dǎo)致什么？”
“ …… 試圖寫入一個(gè)已經(jīng)關(guān)閉了鏈接。”
“還需要我給出多次打開一個(gè)鏈接，多次關(guān)閉一個(gè)鏈接，以及各種鏈接處于打開狀態(tài)但讀寫卻會引發(fā)斷言錯(cuò)誤的例子嗎？”
“ …… 不用了。”
“那你打算怎樣修復(fù)這些問題？要不要在每個(gè)對象里保存一個(gè)由它拷貝構(gòu)造而來的對象列表？或者你打算在文檔里寫‘以下 371 種方式使用該類會導(dǎo)致無法預(yù)知的錯(cuò)誤’？”
“ …… ”
Solmyr
重重的嘆了口氣：“你被 pisces 誤導(dǎo)了，zero，因?yàn)槟阒幌胫趺磶?pisces
解決問題，如果一開始就讓你來設(shè)計(jì)這個(gè)類，情況一定不會這么糟糕。”說著，Solmyr 狠狠的瞪了 pisces 一眼。“不要忘了，C++
類不是簡單的把一堆成員變量和成員函數(shù)湊在一起，永遠(yuǎn)記得這個(gè)原則：C++ 中用類來表示概念。”
zero 點(diǎn)了點(diǎn)頭。
“我來問你，connection 這個(gè)類應(yīng)該表示什么概念？”
“呃，應(yīng)該表示‘鏈接’這個(gè)概念。”
“一個(gè) connection 類的對象應(yīng)該代表 ……”
“應(yīng)該代表一個(gè)實(shí)際‘鏈接’。”
“很好。那么你告訴我，你剛才努力想設(shè)計(jì)出的那個(gè)拷貝構(gòu)造函數(shù)要干什么？”
“ …… 讓兩個(gè) connection 對象能夠表示同一鏈接。”
“所以 ……”
“
…… 所以 …… 嗯 …… 哦 …… ”zero 露出了恍然大悟的表情：“所以我實(shí)際上想做的是要表達(dá)這樣一個(gè)概念：如果一個(gè)
connection
對象沒有被拷貝，它就表示一個(gè)獨(dú)立的鏈接，如果它被拷貝了，那么它就和拷貝者表示同一個(gè)鏈接，這也包括拷貝者的拷貝者，拷貝者的拷貝者的拷貝者 ……
天哪，這根本是一團(tuán)亂麻！”
“對，問題就在這里。一個(gè) connection
對象代表什么？你試圖給出一個(gè)在邏輯上非常混亂的答案，這導(dǎo)致了實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性。實(shí)際上，如果理清這個(gè)邏輯，問題是很簡單的：一個(gè) connection
對象代表一個(gè)鏈接，它構(gòu)造，代表建立了一個(gè)鏈接；它析構(gòu)，代表這個(gè)鏈接走完了它的生命歷程 ——— 這里 open 和 close
這兩個(gè)成員函數(shù)根本就是多余的。至于拷貝構(gòu)造 ……”
Solmyr 頓了頓，以一種斬釘截鐵式的語氣說到：
“應(yīng)該禁止。”
“禁止拷貝？！”
“對，
應(yīng)該禁止。事實(shí)上，對于‘鏈接’這個(gè)概念而言，‘拷貝’動作含義模糊：拷貝意味著什么？拷貝構(gòu)造的對象所表示的鏈接和原來的鏈接是什么關(guān)系？當(dāng)使用
connection 類的程序員看到 connection c2 = c1; 這樣的代碼時(shí)，他沒法從代碼本身看出這是什么意思，他會猜測，c1
和 c2 代表的是一個(gè)鏈接？還是兩個(gè)鏈接？只能通過查閱文檔來解決，這加重了使用者的負(fù)擔(dān)，而如果禁止拷貝，所有智力正常的程序員都會明白每個(gè)
connection 對象唯一的代表一個(gè)鏈接。”
zero 若有所思的點(diǎn)了點(diǎn)頭。
“同時(shí)，這還能阻止程序員用傳值方式向函數(shù)傳遞 connection 對象 ——— 想象一下，如果一個(gè)程序員這樣使用 connection ，會發(fā)生什么？”，Solmyr 鍵入了下面的代碼：
void send_a_greeting(connection c)
{
c.write("Hello!");
}
zero 沒費(fèi)什么勁就看出了問題：“函數(shù)的設(shè)計(jì)者以為他是在向調(diào)用者傳入的鏈接發(fā)送消息，但實(shí)際上這個(gè)函數(shù)在按值傳遞參數(shù)的時(shí)候創(chuàng)建了一個(gè)新鏈接。”
Solmyr
點(diǎn)了點(diǎn)頭，繼續(xù)說到：“還有，從擴(kuò)展性的角度考慮，也應(yīng)該禁止拷貝。比如，假設(shè)你將來打算控制鏈接的創(chuàng)建，把創(chuàng)建過程封裝起來，那么這個(gè)拷貝構(gòu)造函數(shù)就在
你的封裝上捅了一個(gè)大窟窿 ——— 每個(gè)人都可以很方便的利用拷貝構(gòu)造任意創(chuàng)建鏈接；又比如，假設(shè)將來你需要支持多個(gè)類型的鏈接，要把
connection 作為一個(gè)類層次的接口基類，那時(shí)，connection
的拷貝構(gòu)造就必須要禁止，而你之前支持拷貝構(gòu)造帶來的代價(jià)就是辛苦的翻遍之前所有的代碼去掉所有拷貝構(gòu)造。”
“那，如果我確實(shí)需要在多處訪問一個(gè)鏈接，該 ……” zero 沒等 Solmyr 回答，自己就接了上去，“呃，也很簡單，只要傳遞引用就可以了，或者如果需要更好的控制，可以用智能指針什么的。”
“完
全正確。說起來，其實(shí)許多類 ——— 比許多人所認(rèn)為的要多的多 ———
所表示的概念對于‘拷貝’這個(gè)動作都沒有清楚的定義，比如常見的‘窗口’、‘文件’、‘事務(wù)’等等等等，禁止它們拷貝往往可以讓代碼的邏輯清楚許多。以后
你在設(shè)計(jì)類的時(shí)候，完全可以首先考慮是否禁止它的拷貝構(gòu)造，如果不能禁止，再去考慮怎么寫拷貝構(gòu)造函數(shù)的問題。好了 zero ，現(xiàn)在你能給出
connection 的實(shí)現(xiàn)嗎？”
“Sure！只要將拷貝構(gòu)造函數(shù)和重載賦值運(yùn)算符設(shè)為私有，就可以禁止拷貝了。”zero 拖過鍵盤，三兩下屏幕上就出現(xiàn)了一個(gè)新的實(shí)現(xiàn)：
class connection
{
private:
conn_attr m_attr;
int m_bufsize;
char* m_buf;
conn_handle m_h;
...
public:
connection(const conn_attr& attr, int bufsize)
: m_attr(attr), m_bufsize(bufsize)
{
m_buf = new char[m_bufsize];
m_h = open_conn(&m_attr, m_buf, m_bufsize);
}
~connection()
{
close_conn(m_h);
delete m_buf;
}
void write(char c){ write_conn(m_h, c); }
char read(){ return read_conn(m_h); }
...
private:
connection(const connection&);
connection& operator=(const connection&);
};
“嗯，很好，這個(gè)問題可以告一段落了。”Solmyr 點(diǎn)了點(diǎn)頭，準(zhǔn)備離開，但又停了下來：“對了 zero ，pisces 他們這邊曾經(jīng)打報(bào)告要求增加人手，從今天的情況來看也確實(shí)需要有個(gè)懂點(diǎn) C++ 的人加強(qiáng)這邊。我看你正好有空，這個(gè)事就你來負(fù)責(zé)吧。”
zero 心中暗暗叫苦，趕緊分辨：“沒有啊 Solmyr，我現(xiàn)在手邊的事情多得做不完啊！”
“是嗎？哦 …… 對了，我剛才接到網(wǎng)管的報(bào)告，說有個(gè)人的電腦最近頻繁的訪問 QQ 的服務(wù)器，那個(gè)人是誰來著？”，Solmyr 又露出了他招牌式的微笑。
“呃 …… 我又想了想，雖然我確實(shí)事情比較多，但團(tuán)隊(duì)合作精神還是要發(fā)揚(yáng)的。”
“嗯，這樣就好。” Solmyr 心滿意足的離開了。
“真見鬼！”確認(rèn) Solmyr 走遠(yuǎn)后，zero 才把在心里憋著的抱怨吐了出來：“好不容易有一段可以休息休息的空檔，這下子又泡湯了！真該死。”正在 zero 忿忿不平的時(shí)候，一個(gè)幽幽的聲音從旁邊飄了過來：
“zero，剛才你和 Solmyr 講的什么‘概念’、‘禁止拷貝’、‘類層次’…… 這些都是什么呀？還是你給我講講吧 ～～”
zero 轉(zhuǎn)過頭，看到 pisces 又在以非常“誠懇”的眼神看著他，再想到自己今后的任務(wù)，突然間覺得腦袋隱隱的痛了起來 ——— 他似乎有一點(diǎn)明白了，為什么沒事的時(shí)候 Solmyr 總在揉自己的太陽穴 ……