C++ 20新特性之自定义删除器

为什么需要自定义删除器

在C++中,new操作符用于在堆上分配内存,delete操作符用于释放这些内存。然而,在某些情况下,我们可能需要管理其他类型的资源,比如:文件句柄、套接字句柄、数据库连接、自定义的内存池等。对于这些资源,delete操作符显然是不适用的。因此,我们需要自定义删除器来指定如何释放这些资源。
在C++ 20中,删除器的概念得到了进一步的加强和扩展。它们在管理资源,尤其是智能指针的生命周期中扮演着至关重要的角色。删除器是一种设计模式,用于定制资源释放的方式。最常见的是用于智能指针,决定如何删除或释放智能指针所管理的资源。

自定义删除器基础

自定义删除器是一个可调用的对象,定义了如何释放智能指针所管理的资源。它可以是函数、函数指针、函数对象,也可以是Lambda表达式。当智能指针的析构函数被调用时,它会使用自定义删除器来释放资源。
智能指针(比如:std::unique_ptr、std::shared_ptr)在构造时,接受一个指向动态分配的资源的指针和一个可选的删除器。如果不显式提供删除器,将使用默认的删除器。对于原生指针,默认是delete。对于数组,默认是delete[]。这意味着,当智能指针超出作用域或被显式重置时,它会自动调用删除器来释放资源。

// pData超出作用域时,自动使用默认删除器delete
std::unique_ptr<int> pData(new int(666));

自定义删除器的使用

假如我们创建了一个文件句柄,该如何使用自定义删除器来释放呢?在下面的示例代码中,MyCloseFile是一个静态函数,它接受一个指向整数的指针作为参数,模拟了关闭文件的操作。在main函数中,我们创建了一个std::unique_ptr智能指针fileHandle。这个智能指针管理着一个动态分配的整数(模拟分配的文件句柄),并关联了一个自定义的删除器MyCloseFile。当fileHandle对象离开其作用域,也就是main函数结束时,智能指针的析构函数会自动调用关联的删除器MyCloseFile,并传入智能指针管理的内存地址,以完成资源的清理工作。

#include <iostream>
#include <memory>
using namespace std;

static void MyCloseFile(int *pHandle)
{
    // 模拟关闭文件句柄
    cout << "close file: " << *pHandle << endl;
    delete pHandle;
    pHandle = NULL;
}

int main()
{
    unique_ptr<int, decltype(&MyCloseFile)> fileHandle(new int(666), &MyCloseFile);
    // 当fileHandle离开作用域时,MyCloseFile会被调用,以清理资源
    cout << "exit main..." << endl;
    return 0;
}

在C++ 20中,还可以使用Lambda表达式作为删除器,使得资源释放的逻辑更加灵活和简洁。在下面的示例代码中,我们通过一个Lambda表达式定义了删除器。这个Lambda表达式会在智能指针管理的内存释放前执行,负责打印出指针所指向的值,并执行delete释放内存。当TestFunc函数执行完毕,ptr超出其作用域时,由于std::unique_ptr的自动资源管理特性,会自动调用之前定义的Lambda删除器。

#include <iostream>
#include <memory>
using namespace std;

static void TestFunc()
{
    unique_ptr<int> ptr(new int(666), [](int* pData) {
        cout << *pData << endl;
        delete pData;
    });

    *ptr = 999;
}

int main()
{
    TestFunc();
    return 0;
}
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