C++ 零法则

概述

C++ 中关于资源管理和对象生命周期的核心思想之一被封装在 C++ 的“零规则”中。它强调，如果一个类没有显式声明或定义任何特殊成员函数（如构造函数、析构函数、复制构造函数和复制赋值运算符），则编译器生成的版本就应该足够了。该准则提倡使用智能指针和 RAII（资源获取即初始化）概念来代替手动资源管理，特别是内存管理。

采用这种方法不仅消除了因个人部署不当而产生错误的风险，而且还符合 C++ 的“按需付费”原则。

零规则的特性

在 C++ 中，“零规则”具有几个关键特性，使其成为现代 C++ 编程中的最佳实践。

1. 有效性原则：零规则体现了 C++ 嵌入式库过程的有效性，特别是那些管理有效指针（std::shared_ptr 和 std::unique_ptr）和资源容器（std::vector、std::string）的。它使得软件更容易被人们理解，同时更难被破解，降低了资源损坏的可能性。
2. 最小化手动资源管理：通过依赖编译器生成的函数，零规则最大限度地减少了显式资源管理代码的需求。这包括动态分配的内存、文件句柄、网络连接和其他需要仔细管理以避免泄漏和未定义行为的资源。
3. 使用智能指针和标准库容器：为了有效遵守零规则，鼓励开发人员使用 C++ 的智能指针（std::unique_ptr、std::shared_ptr）和标准库容器（std::vector、std::string）。这些组件会自动管理资源并确保正确清理，而无需显式的资源管理代码。
4. 简化代码和提高可维护性：通过利用编译器生成的函数和标准库特性，遵循零规则的代码通常更简洁、更短、更不容易出错。这提高了代码的可维护性，并降低了与手动资源管理相关的错误的可能性。
5. 适应现代 C++ 实践：零规则体现了现代 C++ 编程实践，强调最小化手动资源管理，并利用语言特性和库来高效地处理对象生命周期和资源分配。

总之，零规则通过利用编译器功能和标准库工具进行有效的资源管理和对象生命周期处理，促进了一种更简单、更健壮、更现代的 C++ 编程方法。

示例

让我们通过一个例子来说明 C++ 中的零规则。

输出

 
Resource constructor called
Resource copy constructor called
Resource constructor called
Resource copy assignment operator called
Resource destructor called
Resource destructor called
Resource destructor called   

说明

该程序演示了 C++ 中的“零规则”，它提倡通过依赖编译器生成的特殊成员函数来最小化手动资源管理。Resource 类就是一个例子，其中动态内存分配通过这些特殊函数进行管理。

首先，Resource 类使用原始指针 int* data 来表示动态算术数组。其中定义了重要的成员函数，包括构造函数 (Resource(int size))、析构函数 (Resource())、复制构造函数 (Resource(const Resource& other)) 和复制赋值运算符 (Resource& operator=(const Resource& other))。构造函数根据指定的 size 分配内存用于有序数字集合，析构函数通过永久删除创建的内存来确保一切都已正确清理。

在 main() 函数中，创建了 Resource 的实例来演示零规则的应用。最初，res1 直接用 size 5 构建，触发 Resource 构造函数被调用的消息。当 res2 使用 res1 初始化时（Resource res2 = res1;），编译器会调用 Resource 的复制构造函数。这种行为例证了零规则，其中编译器会自动生成一个复制构造函数来正确地使用与 res1 相同的资源初始化 res2。

类似地，res3 用 size 10 实例化，然后 res3 = res1; 将 res1 赋值给 res3。这里，编译器会自动调用复制赋值运算符来处理从 res1 到 res3 的资源赋值，从而说明了零规则在实践中的另一个方面。

在程序执行期间，控制台会打印出诸如 Resource destructor called 之类的消息，指示何时销毁 Resource 的每个实例并释放其分配的内存。此输出演示了由 Resource 类管理的资源的确定性销毁，这与 RAII（资源获取即初始化）原则一致，而 RAII 原则是零规则的基础。

复杂度分析

C++ 中的"零规则"指的是 C++ 编程中的一个准则，该准则建议尽可能避免显式定义特殊成员函数（如构造函数、析构函数、复制构造函数和复制赋值运算符），特别是在处理管理内存等资源的类时。

以下是零规则的细分：

1. 资源管理：类通常需要管理诸如内存（使用 new 和 delete）、文件句柄、网络连接等资源。
2. 特殊成员函数：如果未显式声明，C++ 会自动生成某些特殊成员函数（默认构造函数、复制构造函数、移动构造函数、复制赋值运算符、移动赋值运算符、析构函数）。这些函数对于正确管理资源至关重要。
3. 零规则：零规则提倡，如果一个类不直接管理资源（例如，使用智能指针、容器或其他资源管理类），则应避免显式声明任何特殊成员函数。相反，应依赖 C++ 的默认实现。
4. 影响：遵循零规则，可以
   
   • 您依赖编译器生成的默认实现，这些实现通常经过优化且正确。
   • 您可以最大程度地减少自己代码中与资源管理相关的错误风险。
   • 您的代码将变得更简单、更易于维护，因为您不必手动实现特殊成员函数，也不必担心它们的正确行为。
5. 例外：在某些情况下，您仍然需要显式定义特殊成员函数
   
   • 当类直接管理资源时（例如，自定义内存分配器）。
   • 当需要与默认行为不同的特定行为时（例如，深拷贝而非浅拷贝）。

总之，零规则是一个准则，它鼓励通过避免在可能的情况下显式定义特殊成员函数来利用 C++ 的自动资源管理功能，从而降低代码的复杂性和潜在错误。

结论

总而言之，C++ 中的“零规则”是一个概念，它在可行的情况下，提倡利用编译器自动生成特殊成员函数的能力，特别是对于那些无法独立控制资源利用的子类。构造函数、析构函数、用于对象复制分配的复制构造函数、用于移动分配的移动构造函数以及移动赋值运算符是 C++ 中特殊成员函数的示例。上述过程确保了对象的构造、复制、赋值和销毁的专业性，这对于成功的资源管理至关重要。

通过遵循零规则，开发人员旨在简化代码并减少与手动实现这些函数相关的潜在错误。这种方法对于使用现代 C++ 特性（如智能指针或容器）的类尤其有利，这些类已经可以高效地管理资源。在这种情况下，依赖编译器提供的默认设置不仅可以减少样板代码，还可以提高代码的清晰度和可维护性。

但是，需要注意的是，零规则也有例外。执行自定义资源管理或需要默认实现未涵盖的特定行为的类可能仍需要显式定义这些特殊成员函数。在这种情况下，需要仔细考虑和测试，以确保正确高效的资源处理。

总而言之，零规则作为现代 C++ 编程中的指导原则。它通过利用编译器在管理对象生命周期和资源方面的能力，提倡极简高效的代码。通过遵循此规则，开发人员可以实现更清晰、更安全、更易于维护的代码库，最终有助于构建健壮可靠的软件系统。