C ++中的对象销毁

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在C ++中确切地销毁对象是什么意思？因为没有垃圾收集器，我是否必须手动销毁它们？异常如何发挥作用？

（注意：这本来是Stack Overflow的C ++ FAQ的条目。如果您想批评以这种形式提供FAQ的想法，那么开始所有这些工作的meta上的发布将是这样做的地方。该问题在C ++聊天室中进行监控，该问题最初是从FAQ想法开始的，所以提出这个想法的人很可能会读懂您的答案。）

c++  exception  destructor  c++-faq  object-lifetime 
— fredoverflow
source
5
谁投票赞成关闭该主题？我没看到任何原因。实际上，它肯定是一个很好的常见问题解答。+1
— Nawaz
3
@Nawaz：但是，如果不是真正需要知道答案的人问的，这是一个好问题（SO的标准）吗？如果被普遍问到，为什么@Fred自己需要问这个问题以便他提供答案？我的意思仅仅是，如果您遵守规则，那么“这是一个很好的常见问题”就没有关系，重要的是“这是一个好问题”，而我至少要根据是否可能以获得OP所需的答案（在这种情况下，因为OP知道答案，所以该答案将是无效的），以及是否存在其他具有相同问题的答案。
— jalf
3
张贴FAQ问题并知道答案的集团是否已将其视为“良好的FAQ”无关紧要
— jalf
7
“如果问得这么普遍，为什么@Fred为什么需要自己问这个问题？”-通常是因为不知道这些东西的特定人员不认为会问“什么时候物体被破坏了”，而是他们问了一些具体问题。有关其特定代码的问题，答案是“您需要了解对象的生命周期”。因此，特定问题的细节太多，与同一问题上的其他提问者无关。我不知道是不是这种情况，但这是我过去用来问问提问者的FAQ问题。
— 史蒂夫·杰索普
3
@jalf：自我回答的问题没有错。实际上，这是令人鼓舞的。
— Thomas Bonini 2011年

Answers:

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在下文中，我将区分作用域对象和动态对象，这些作用域对象的破坏时间由其封闭范围（函数，块，类，表达式）静态确定，而动态对象的确切破坏时间通常要到运行时才能知道。

虽然类对象的销毁语义由析构函数确定，但是标量对象的销毁始终是无操作的。具体地说，破坏指针变量并没有破坏指针对象。

范围对象

自动物体

当控制流离开其定义范围时，自动对象（通常称为“局部变量”）按照其定义的相反顺序被破坏：

void some_function()
{
    Foo a;
    Foo b;
    if (some_condition)
    {
        Foo y;
        Foo z;
    }  <--- z and y are destructed here
}  <--- b and a are destructed here

如果在执行函数期间引发异常，则在将异常传播到调用者之前，将销毁所有先前构造的自动对象。此过程称为堆栈展开。在堆栈展开期间，没有其他例外可能会留下上述先前构造的自动对象的析构函数。否则，将std::terminate调用该函数。

这导致了C ++中最重要的准则之一：

破坏者永远不应该抛出。

非本地静态对象

在命名空间范围内定义的静态对象（通常称为“全局变量”）和静态数据成员在执行以下命令后会按照其定义的相反顺序进行销毁main：

struct X
{
    static Foo x;   // this is only a *declaration*, not a *definition*
};

Foo a;
Foo b;

int main()
{
}  <--- y, x, b and a are destructed here

Foo X::x;           // this is the respective definition
Foo y;

请注意，在不同翻译单元中定义的静态对象的相对构建（和销毁）顺序是不确定的。

如果异常离开静态对象的析构函数，std::terminate则调用该函数。

局部静态对象

函数内部定义的静态对象是在（以及是否）控制流首次通过其定义时构造的。1 在执行以下命令后，它们以相反的顺序被破坏main：

Foo& get_some_Foo()
{
    static Foo x;
    return x;
}

Bar& get_some_Bar()
{
    static Bar y;
    return y;
}

int main()
{
    get_some_Bar().do_something();    // note that get_some_Bar is called *first*
    get_some_Foo().do_something();
}  <--- x and y are destructed here   // hence y is destructed *last*

如果异常离开静态对象的析构函数，std::terminate则调用该函数。

1：这是一个极其简化的模型。静态对象的初始化细节实际上要复杂得多。

基类子对象和成员子对象

当控制流离开对象的析构函数主体时，其成员子对象（也称为“数据成员”）将按照其定义的相反顺序进行破坏。之后，其基类子对象将以base-specifier-list的相反顺序被破坏：

class Foo : Bar, Baz
{
    Quux x;
    Quux y;

public:

    ~Foo()
    {
    }  <--- y and x are destructed here,
};          followed by the Baz and Bar base class subobjects

如果在构造Foo的子对象之一期间引发了异常，则在传播异常之前，将破坏其所有先前构造的子对象。在Foo析构函数，而另一方面，将不被执行，因为Foo对象是没有完全建立。

请注意，析构函数主体不负责破坏数据成员本身。仅当数据成员是销毁对象时需要释放的资源的句柄（例如文件，套接字，数据库连接，互斥量或堆内存）时，才需要编写析构函数。

数组元素

数组元素按降序破坏。如果在第n个元素的构造过程中引发异常，则在传播异常之前会破坏元素n-1至0。

临时对象

当评估类类型的prvalue表达式时，将构造一个临时对象。prvalue表达式最突出的示例是调用按值返回对象的函数，例如T operator+(const T&, const T&)。在正常情况下，当完全评估词汇上包含prvalue的完整表达式时，将破坏临时对象：

__________________________ full-expression
              ___________  subexpression
              _______      subexpression
some_function(a + " " + b);
                          ^ both temporary objects are destructed here

上面的函数调用some_function(a + " " + b)是完整表达式，因为它不是较大表达式的一部分（相反，它是表达式语句的一部分）。因此，在子表达式的评估期间构造的所有临时对象都将在分号处被破坏。有两个这样的临时对象：第一个是在第一次添加时构造的，第二个是在第二次添加期间构造的。第二个临时对象将在第一个临时对象之前被销毁。

如果在第二次添加过程中引发了异常，则在传播该异常之前，将适当地破坏第一个临时对象。

如果使用prvalue表达式初始化本地引用，则临时对象的生存期将扩展到本地引用的范围，因此您不会得到悬挂的引用：

{
    const Foo& r = a + " " + b;
                              ^ first temporary (a + " ") is destructed here
    // ...
}  <--- second temporary (a + " " + b) is destructed not until here

如果对非类类型的prvalue表达式求值，则结果为value，而不是临时对象。但是，如果使用prvalue初始化引用，则将构造一个临时对象：

const int& r = i + j;

动态对象和数组

在下一节中，destroy X的意思是“先破坏X然后释放底层内存”。同样，创建X意味着“首先分配足够的内存，然后在此处构造X”。

动态物体

通过创建的动态对象将通过p = new Foo销毁delete p。如果您忘记了delete p，则会造成资源泄漏。您永远不要尝试执行以下操作之一，因为它们都会导致未定义的行为：

  • 通过delete[]（注意方括号）free或任何其他方式销毁动态对象
  • 多次破坏动态对象
  • 在动态对象被销毁后访问它

如果在动态对象的构造过程中引发异常，则在传播异常之前释放基础内存。（析构函数将不会在内存释放之前执行，因为该对象从未完全构造。）

动态数组

通过创建的动态数组将通过p = new Foo[n]销毁delete[] p（请注意方括号）。如果您忘记了delete[] p，则会造成资源泄漏。您永远不要尝试执行以下操作之一，因为它们都会导致未定义的行为：

  • 破坏通过动态数组delete，free或任何其他方式
  • 多次破坏动态数组
  • 销毁动态数组后再访问它

如果在第n个元素的构造过程中引发异常，则将元素n-1到0降序破坏，释放基础内存，并传播该异常。

（通常你应该更喜欢std::vector<Foo>在Foo*动态数组，这使得编写正确的，健壮的代码要容易得多。）

引用计数智能指针

由多个对象管理的动态对象在共享该动态对象所涉及std::shared_ptr<Foo>的最后一个std::shared_ptr<Foo>对象的破坏期间被破坏。

（通常你应该更喜欢std::shared_ptr<Foo>在Foo*共享对象。这使得更容易编写正确的和可靠的代码。）

— fredoverflow
source
没有提及静态局部变量与静态全局变量的销毁顺序
— Nick
我建议详细描述在非void函数中具有自动对象的情况。
— AerandiR 2012年
@FredOverflow关于“通常应该更喜欢std::vector<Foo>在Foo*动态数组。” -实际上，大多数情况下std::deque<Foo>比更好的选择std::vector<Foo>，但这是另一个讨论。
— Mihai Todor
@MihaiTodor我已经看到很多讲道，但是在实践中似乎每个人都使用std::vector代替std::deque。仅在这里为我自己说话，但我希望自己的记忆是连续的。
— fredoverflow
@FredOverflow希望用户resize()在将元素插入其中之前会记得它:)
— Mihai Todor 2013年
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当对象的生存期结束并被销毁时，将自动调用该对象的析构函数。通常，您不应该手动调用它。

我们将以该对象为例：

class Test
{
    public:
        Test()                           { std::cout << "Created    " << this << "\n";}
        ~Test()                          { std::cout << "Destroyed  " << this << "\n";}
        Test(Test const& rhs)            { std::cout << "Copied     " << this << "\n";}
        Test& operator=(Test const& rhs) { std::cout << "Assigned   " << this << "\n";}
};

C ++中有三种（在C ++ 11中为四种）不同的对象类型，而对象的类型定义了对象的寿命。

  • 静态存储持续时间对象
  • 自动存储持续时间对象
  • 动态存储持续时间对象
  • （在C ++ 11中）线程存储持续时间对象

静态存储持续时间对象

这些是最简单的并且等同于全局变量。这些对象的寿命通常是应用程序的长度。这些通常是在进入main之前构造的，而在我们退出main之后则被破坏（以与创建相反的顺序）。

Test  global;
int main()
{
    std::cout << "Main\n";
}

> ./a.out
Created    0x10fbb80b0
Main
Destroyed  0x10fbb80b0

注1：还有另外两种类型的静态存储持续时间对象。

类的静态成员变量。

就寿命而言，这些变量在所有意义上均与全局变量相同。

函数内部的静态变量。

这些是延迟创建的静态存储持续时间对象。它们是在首次使用时创建的（在C ++ 11的线程安全庄园中）。与其他静态存储持续时间对象一样，它们在应用程序结束时被销毁。

建造/销毁顺序

  • 编译单元中的构造顺序已明确定义，并且与声明相同。
  • 编译单元之间的构造顺序是不确定的。
  • 破坏顺序与构造顺序完全相反。

自动存储持续时间对象

这些是最常见的对象类型，您应该在99％的时间内使用。

这些是自动变量的三种主要类型：

  • 函数/块内的局部变量
  • 类/数组中的成员变量。
  • 临时变量。

局部变量

当退出一个功能/块时，在该功能/块中声明的所有变量都将被销毁（以与创建相反的顺序）。

int main()
{
     std::cout << "Main() START\n";
     Test   scope1;
     Test   scope2;
     std::cout << "Main Variables Created\n";


     {
           std::cout << "\nblock 1 Entered\n";
           Test blockScope;
           std::cout << "block 1 about to leave\n";
     } // blockScope is destrpyed here

     {
           std::cout << "\nblock 2 Entered\n";
           Test blockScope;
           std::cout << "block 2 about to leave\n";
     } // blockScope is destrpyed here

     std::cout << "\nMain() END\n";
}// All variables from main destroyed here.

> ./a.out
Main() START
Created    0x7fff6488d938
Created    0x7fff6488d930
Main Variables Created

block 1 Entered
Created    0x7fff6488d928
block 1 about to leave
Destroyed  0x7fff6488d928

block 2 Entered
Created    0x7fff6488d918
block 2 about to leave
Destroyed  0x7fff6488d918

Main() END
Destroyed  0x7fff6488d930
Destroyed  0x7fff6488d938

成员变量

成员变量的寿命绑定到拥有它的对象。当所有者的寿命结束时，其所有成员的寿命也将终止。因此，您需要查看遵循相同规则的所有者的生命周期。

注意：成员总是按照相反的创建顺序在所有者之前被销毁。

  • 因此，对于类成员，它们以声明的顺序创建，并以声明
    的相反顺序销毁
  • 因此，对于数组成员，它们按顺序0-> top创建，并按
    相反的顺序top-> 0销毁

临时变量

这些是根据表达式创建的对象，但未分配给变量。临时变量与其他自动变量一样被销毁。只是它们范围的末尾就是创建它们的语句的末尾（通常是“;”）。

std::string   data("Text.");

std::cout << (data + 1); // Here we create a temporary object.
                         // Which is a std::string with '1' added to "Text."
                         // This object is streamed to the output
                         // Once the statement has finished it is destroyed.
                         // So the temporary no longer exists after the ';'

注意：在某些情况下，可以延长临时设备的寿命。
但这与这个简单的讨论无关。等到您了解该文档将成为您的第二本并且在延长临时文档的寿命之前，您就不想这样做了。

动态存储持续时间对象

这些对象具有动态寿命，new并通过调用来创建和销毁delete。

int main()
{
    std::cout << "Main()\n";
    Test*  ptr = new Test();
    delete ptr;
    std::cout << "Main Done\n";
}

> ./a.out
Main()
Created    0x1083008e0
Destroyed  0x1083008e0
Main Done

对于来自垃圾收集语言的开发人员来说，这似乎很奇怪（管理对象的生命周期）。但是问题并没有看起来那么严重。在C ++中，直接使用动态分配的对象并不常见。我们有管理对象来控制其寿命。

与大多数其他GC收集的语言最接近的是std::shared_ptr。这将跟踪动态创建的对象的用户数量，并且当所有这些对象都消失时将delete自动调用（我认为这是普通Java对象的更好版本）。

int main()
{
    std::cout << "Main Start\n";
    std::shared_ptr<Test>  smartPtr(new Test());
    std::cout << "Main End\n";
} // smartPtr goes out of scope here.
  // As there are no other copies it will automatically call delete on the object
  // it is holding.

> ./a.out
Main Start
Created    0x1083008e0
Main Ended
Destroyed  0x1083008e0

线程存储持续时间对象

这些是新语言。它们非常类似于静态存储持续时间对象。但是，与其在与应用程序相关联的执行线程中生存，不如他们与应用程序一样生存。

— 马丁·约克
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