C++：最强大的.NET语言之内存与资源
来源：岁月联盟
时间：2006-05-30
内存管理
本地C++为程序员提供了超越内存管理的直接控制能力，在堆栈上分配一个对象，意味着只有在进入特定函数时，才会为对象分配内存，而当函数返回或堆栈展开时，内存被释放。可使用操作符new来动态地为对象分配内存，此时内存分配在CRT堆中，并且需要程序员显存地对对象指针使用操作符delete，才能释放它。这种对内存的精确控制，也是C++可用于编写极度高效的程序的原因之一，但如果程序员不小心，这也是内存泄漏的原因。另一方面，你不需要求助于垃圾回收器来避免内存泄漏--实际上这是CLR所采取的方法，而且是一个非常有效的方法，当然，对于垃圾回收堆，也有其他一些好处，如改进的分配效率及引用位置相关的优势。所有这一切，都可以在C++中通过库支持来实现，但除此之处，CLR还提供了一个单一的内存管理编程模型，其对所有的编程语言都是通用的，想一想与C++中COM自动化对象相交互和调度数据类型所需做的一切工作，就会发现其重要意义所在--横跨数种编程语言的垃圾回收器，作用是非常巨大的。
为了效率，CLR也保留了堆栈的概念，以便值类型可在其上分配，但CLR也提供了一个newobj中间语言指令，以在托管堆中分配一个对象，但此指令只在C#中对引用对象使用操作符new时提供。在CLR中，没有与C++中的delete操作符对应的函数，当应用程序不再引用某对象时，分配的内存最后将由垃圾回收器回收。
当操作符new应用于引用类型时，托管C++也会生成newobj指令，当然，对此使用delete操作符是不合法的。这确实是一个矛盾，但同时也证明了为什么用C++指针概念来表示一个引用类型不是一个好的做法。
在内存管理方面，除了上述在对象构造一节讨论过的内容，C++/CLI没有提供任何新的东西；资源管理，才是C++/CLI的拿手好戏。
资源管理
CLR只有在资源管理方面，才能胜过本地C++。Bjarne Stroustrup的"资源获取即初始化"的技术观点，基本定义了资源类型的模式，即类的构造函数获取资源，析构函数释放资源。这些类型是被当作堆栈上的局部对象，或复杂类型中的成员，其析构函数自动释放先前分配的资源。一如Stroustrup所言"对垃圾回收机制来说，C++是最好的语言，主要是因为它生成很少的垃圾。"
也许有一点令人惊讶，CLR并没有对资源管理提供任何显式运行时支持，CLR不支持类似析构函数的C++概念，而是在 .NET Framework中，把资源管理这种模式，提升到一个IDisposable核心接口类型的中心位置。这种想法源自包装资源的类型，理应实现此接口的单一Dispose方法，以便调用者在不再使用资源时，可调用该方法。不必说，C++程序员会认为这是时代的倒退，因为他们习惯于编写那些缺省状态下清理就是正确的代码。
因为必须要调用一个方法来释放资源，由此带来的问题是，现在更难编写"全无异常"的代码了。因为异常随时都可能发生，你不可能只是简单地在一段代码后，放置一个对对象的Dispose方法的调用，这样做的话，就必须要冒资源泄漏的风险。在C#中解决这个问题的办法是，使用try-finally块和using语句，在面对异常时，可提供一个更可靠的办法来调用Dispose方法。有时，构造函数也会使用这种方法，但一般的情况是，你必须要记住手工编写它们，如果忘记了，生成的代码可能会存在一个悄无声息的错误。对缺乏真正析构函数的语言来说，是否需要try-finally块和using语句，还有待论证。
using (SqlConnection connection = new SqlConnection("Database=master; Integrated Security=sspi"))
{
SqlCommand command = connection.CreateCommand();
command.CommandText = "sp_databases";
command.CommandType = CommandType.StoredProcedure;
connection.Open();
using (SqlDataReader reader = command.ExecuteReader())
{
while (reader.Read())
{
Console.WriteLine(reader.GetString(0));
}
}
}
对托管C++来说，情节也非常类似，也需要使用一个try-finally语句，但其是Microsoft对C++的扩展。虽然很容易编写一个简单的Using模板类来包装GCHandle，并在模板类的析构函数中调用托管对象的Dispose方法，但托管C++中依然没有C# using语句的对等物。
Using<SqlConnection> connection(new SqlConnection(S"Database=master; Integrated Security=sspi"));
SqlCommand* command = connection->CreateCommand();
command->set_CommandText(S"sp_databases");
command->set_CommandType(CommandType::StoredProcedure);
connection->Open();
Using<SqlDataReader> reader(command->ExecuteReader());
while (reader->Read())
{
Console::WriteLine(reader->GetString(0));
}
想一下C++中对资源管理的传统支持，其对C++/CLI也是适用的，但C++/CLI的语言设计犹如为C++资源管理带来了一阵轻风。首先，在编写一个管理资源的类时，对大部分CLR平台语言来说，其中一个问题是怎样正确地实现Dispose模式，它可不像本地C++中经典的析构函数那样容易实现。当编写Dispose方法时，需要确定调用的是基类的Dispose方法--若有的话，另外，如果选择通过调用Dispose方法来实现类的Finalize方法，还必须关注并发访问，因为Finalize方法很可能被不同的线程所调用。此外，与正常程序代码相反，如果Dispose方法实际上是被Finalize方法调用的，还需要小心仔细地释放托管资源。
C++/CLI并没有与上述情况脱离得太远，但它提供了许多帮助，在我们来看它提供了什么之前，先来快速回顾一下如今的C#和托管C++有多么接近。下例假设Base从IDisposable派生。
class Derived : Base
{
public override void Dispose()
{
try
{
//释放托管与非托管资源
}
finally
{
base.Dispose();
}
}
~Derived() //实现或重载Object.Finalize方法
{
//只释放非托管资源
}
} 托管C++也与此类似，看起来像析构函数的代码其实是一个Finalize方法，编译器实际上插入了一个try-finally块并调用基类的Finalize方法，因此，C#与托管C++相对容易编写一个Finalize方法，但在编写Dispose方法时，却没有提供任何帮助。程序员们经常使用Dispose方法，把它当作一个伪析构函数以便在代码块末执行一点其他的代码，而不是为了释放任何资源。
C++/CLI认识到了Dispose方法的重要性，并在引用类型中，使之成为一个逻辑"析构函数"。
ref class Derived : Base
{
~Derived() //实现或重载IDisposable::Dispose方法
{
//释放托管与非托管资源
}
!Derived() //实现或重载IDisposable::Dispose方法
{
//只释放非托管资源
}
};
对C++程序员来说，这让人感觉更自然了，能像以往那样，在析构函数中释放资源了。编译器会生成必要的IL（中间语言）来正确实现IDisposable::Dispose方法，包括抑制垃圾回收器调用对象的任何Finalize方法。事实上，在C++/CLI中，显式地实现Dispose方法是不合法的，而从IDisposable继承只会导致一个编译错误。当然，一旦类型通过编译，所有使用该类型的CLI语言，将只会看到Dispose模式以其每种语言最自然的方式得以实现。在C#中，可以直接调用Dispose方法，或使用一个using语句--如果类型定义在C#中。那么C++呢？难道要对堆中的对象正常地调用析构函数？此处当然是使用delete操作符了，对一个句柄使用delete操作符将会调用此对象的Dispose方法，而回收对象的内存是垃圾回收器该做的事，我们不需要关心释放那部分内存，只要释放对象的资源就行了。
Derived^ d = gcnew Derived();
d->SomeMethod()
delete d;
如果表达式中传递给delete操作符的是一个句柄，将会调用对象的Dispose方法，如果此时再没有其他对象链接到引用类型，垃圾回收器就会释放对象所占用的内存。如果表达式中是一个本地C++对象，在释放内存之前，还会调用对象的析构函数。
毫无疑问，在对象生命期管理上，我们越来越接近自然的C++语法，但要时刻记住使用delete操作符，却不是件易事。C++/CLI允许对引用类型使用堆栈语义，这意味着你能用在堆栈上分配对象的语法来使用一个引用类型，编译器会提供给你所期望的C++语义，而在底层，实际上仍是在托管堆中分配对象，以满足CLR的需要。
Derived d;
d.SomeMethod();
当d超出范围时，它的Dispose将会被调用，以释放它所占用的资源。再则，因为对象实际是在托管堆中分配的，所以垃圾回收器会在它的生命期结束时释放它。来看一个ADO.NET的例子，它与C++/CLI中的概念非常相似。
SqlConnection connection("Database=master; Integrated Security=sspi");
SqlCommand^ command = connection.CreateCommand();
command->CommandText = "sp_databases";
command->CommandType = CommandType::StoredProcedure;
connection.Open();
SqlDataReader reader(command->ExecuteReader());
while (reader.Read())
{
Console::WriteLine(reader.GetString(0));
}
