关于 RAII、STL pop 和 PIMPL 的基本问题答案

【问题标题】：Basic questions about RAII, STL pop, and PIMPL关于 RAII、STL pop 和 PIMPL 的基本问题
【发布时间】：2011-01-24 04:19:29
【问题描述】：

今天在阅读 proggit 时，我在 post 中看到了这条评论，关于 C++ 如何在 Google Ai 挑战中占据领先地位。用户reventlov声明

我在使用 C++ 时遇到的最大问题是，如果你没有真正理解所有需要理解的东西才能很好地使用 C++，就太容易认为自己是“C++ 程序员”了。

您必须了解 RAII，知道如何使用命名空间，并了解正确的异常处理（例如，您应该能够解释为什么 STL 中的 pop() 方法不返回它们删除的值）。您必须知道标准库中的三代函数中哪一个是正确的。您应该熟悉 PIMPL 等概念。您需要了解标准库（尤其是 STL）的设计是如何工作的。您需要了解宏如何与命名空间交互，为什么通常不应该在 C++ 中使用宏，以及应该使用什么（通常是模板或内联，很少是类）。您需要了解 boost。

我认为我是他提到的那些毫无头绪的 C++ 程序员之一。为了简短起见，我的问题是

您能否举一个典型的 RAII 监督错误的示例，例如哪些最佳实践规定了 RAII 的使用，但程序员使用其他方式实现了？
为什么 STL 中的 pop() 方法不返回它们删除的值？
我阅读了 PIMPL 的 Wikipedia 条目，但没有任何理解。您能否举一个 PIMPL 习语的典型用法示例。

【问题讨论】：

也许你会更高兴留在 reddit 上？这里的规则是一次一个问题。
@Neil，哈哈，这将成为你的下一个 10+ 评论 xD
作为一般规则，问题主题应反映所提出的问题。我相信你会因为这个聪明的标题而受到一些关注，但当有人搜索你提到的主题时，它并没有多大帮助。
@recipriversexclusion：我认为人们不会善意地为自己的利益而“吸引注意力”。例如，参见meta.stackexchange.com/questions/26305/… 所附的评论。你的帖子应该有自己的优点，而不是因为你选择了一个吸引人但不相关的标题，或者假装赏金（在 joshhunt 的情况下），等等。
-1。应该分成单独的问题。对于搜索特定问题的其他人没有用。正如其他人试图指出的那样，这不是一个讨论各种技术的讨论网站，它是一种汇编个人直接问题和评级或批准答案的方式。

标签： c++

【解决方案1】：

RAII 很重要但有时会被遗忘的一个很好的例子是锁定互斥锁时。如果您有一段代码锁定互斥体，执行操作，然后解锁它，如果操作抛出异常或以其他方式导致线程死亡，则互斥体保持锁定状态。这就是为什么有几个作用域锁类（如QMutexLocker），因为正如here 所述，您可以保证析构函数将运行。因此，如果您使用作用域锁，它将始终在销毁时解锁，从而防止死锁。
为了速度，Pop 返回void：SGI FAQ，并防止对象复制构造函数可能抛出的异常。
PIMPL 被 Qt 框架大量使用以提供二进制兼容性。它允许您对公共 API 隐藏数据结构的所有内部结构。这意味着，如果您想将私有成员添加到类中，请将其添加到 d 指针。这维护了Binary Code Compatibility，因为唯一暴露的数据成员是一个指针。

【讨论】：

第 2 点 +1：SGI 设计 STL 的决定不是根据异常安全性来解释的，而是效率方面的。当然，这并不能说明 C++ 标准化过程是否保留了相同的原理，或者以另一种方式得出了相同的结论。

【解决方案2】：

我会回答第 2 点，其余的留给其他人。 pop 不返回删除值的主要原因是异常安全。

首先，了解 C++ 容器（与 Java 容器不同）按值保存它们的对象。这意味着如果您希望容器在弹出时返回对象，它必须通过复制被删除的对象按值返回该对象。相反，通过让您在pop 之前访问top，它可以简单地返回对顶部元素的引用，并且您可以在弹出它之前将其复制到您心中的内容。（然而，如果 pop 通过引用返回元素，它将是一个悬空引用，因为该对象不再在容器中。）

使pop 按值返回的后果（除了复制被删除对象所涉及的低效率）是它危及异常安全。理想情况下，如果一个操作抛出一个异常，所涉及的对象的状态是不变的。但是如果pop 按值返回被移除的对象，如果该对象的复制构造函数失败了怎么办？对象已经从容器中移除，因此状态已经改变。

这比我想写的要冗长，但希望能让您了解为什么 pop 返回值是个坏主意。

【讨论】：

这并不能解释为什么标准库中的其他 mutator 函数确实按值返回非内置类型（通常是迭代器，其构造函数不太可能能够抛出)。但是，是的，他们不提供强大的异常保证这一事实并不意味着 top/pop 不应该。
template<class C> typename C::value_type pop(C& c) { typename C::value_type copy = c.top(); c.pop(); return copy; } 唯一的例外安全问题是项目的 dtor 是否可以抛出，但抛出的 dtor 应该非常很少见，并且不抛出的 dtor 很容易成为调用此 pop() 的要求，类似于其他容器要求。
@Roger：这很好，但是（在异常安全方面）编译器不需要实现 RVO，在这种情况下，return copy 将导致（再次）调用复制构造函数。（PS Throwing dtors 是非常坏的消息（tm），因为如果它发生在堆栈展开期间，std::terminate 会被调用，或者类似的东西。所以人们可以/应该安全地假设这不应该发生。）
是的，返回时可能会抛出，但这并不违反异常安全：我的 pop 函数仍然做出基本保证（boost.org/community/exception_safety.html，en.wikipedia.org/wiki/Exception_handling#Exception_safety），因为容器始终处于一致状态state 和任何 dtors 都会被执行。

【解决方案3】：

阅读 Herb Sutter 的“Exceptional C++”和“Exceptional C++ Style”。

【讨论】：

我正要这么说。 “卓越的 C++”非常彻底地涵盖了这三个主题（以及其他主题）。