VC及C++的智能指针应用分析
作者:佚名 时间:2007-07-01
前段时间，在查控件的内存泄露时，最终找出一个错误：在使用XMLDom(COM)时，由于重复使用某接口指针前未释放Dispatch指针(Release)，而导致内存泄露，而此类错误(如同BSTR类型的泄漏)，VC的调试器和Bondcheck均无能为力。解决办法，似乎只有细心一途。
但只要稍稍仔细看看，就可发现，实际上如果正确使用VC提供的智能指针，是可以避免此问题的。
另外，一直为Java程序员津津乐道的内存使用无需管理的优势，一直知道用C++的智能指针可以模拟。但一直没实际动手做过，趁此分析之机，用C++简单包装了一个。反正粗看之下，可以达到与Java类似的效果，当然，C++的对象更高效且节省内存。
就以上所提到的，时间关系，我只能简单罗列几点，代码应该是正确的(但未检查)。前后文没什么逻辑关系，但如果要进一步应用C++的智能指针，相信会起到抛砖引玉之效。
一：关于纠错，MFC和ATL中智能指针的应用
1：在Windows中如何方便的查看当前进程使用的内存。
虽然代码简单，但对纠错时有大用处，不用不停的通过切换任务管理器来查看内存使用。代码如下：
UINT C_BaseUtil::getProcessMemoryUsed()
{
UINT uiTotal = 0L;
HANDLE hProcess = ::GetCurrentProcess();
PROCESS_MEMORY_COUNTERS pmc;
if(::GetProcessMemoryInfo(hProcess,&pmc,sizeof(pmc)))
uiTotal = pmc.WorkingSetSize;
return uiTotal;
}
注意：由于内存使用会是一个不稳定的过程，所以，需要在程序稳定时进行调用，才能准确。
2：在使用Com的Dispatch指针时，如果不使用COM智能指针，容易出现的错误。
2.1：忘记在所有出口释放指针。
如：
IXMLDOMDocument *pDoc = NULL;
CoCreateInstance(...)
……
pDoc->Release();
错误：如果中间代码发生异常，则pDoc未能正常释放，造成内存泄露。
2.2：重复使用同一指针变量，导致中间生成的Dispatch指针未能释放。
IXMLDOMNode *pNode = NULL;
if(FAILED(pDoc->selectSingleNode(_bstr_t('Workbook'), &pNode)) || pNode==NULL)
throw(_T('selectSingleNode failed!'));
if(FAILED(pDoc->selectSingleNode(_bstr_t('Workbook'), &pNode)) || pNode==NULL)
throw(_T('selectSingleNode failed!'));
错误：pNode未释放就开始第二次调用，造成内存泄露。或者类似pNode = pNode2的这种写法，也随手就出问题了。必须调用if(pNode) {pNode->Release();pNode=NULL;}
3：使用MFC提供的Com智能指针解决上述问题。
注意：可通过查看源码，看到#import生成的智能指针的原型是_com_ptr_t。
3.1：
IXMLDOMDocumentPtr docPtr = NULL;
docPtr.CreateInstance(...)
……
OK，这下不会有问题了，因为docPtr在析构时会有正确的释放处理。
3.2：
IXMLDOMNodePtr nodePtr = NULL;
if(FAILED(pDoc->selectSingleNode(_bstr_t('Workbook'), &nodePtr)) || nodePtr==NULL)
throw(_T('selectSingleNode failed!'));
if(FAILED(pDoc->selectSingleNode(_bstr_t('Workbook'), &nodePtr)) || nodePtr==NULL)
throw(_T('selectSingleNode failed!'));
OK，不会出错了，因为_com_ptr_t重载了&操作符，在取指针时，有如下操作，嘿。
Interface** operator&() throw()
{
_Release();
m_pInterface = NULL;
return &m_pInterface;
}
3.3： nodePtr = nodePrt2 ，也不会有问题：
仔细查看源码，在=操作符中会调用Attach，而Attach的做法是：会先调用_Release();
3.4：再看看值传递：拷贝构造函数如下
template<> _com_ptr_t(const _com_ptr_t& cp) throw()
: m_pInterface(cp.m_pInterface)
{
_AddRef();
}
嗯，也不会有问题。
3.5：最后我们也总结一下使用COM智能指针时的注意事项：
3.5.1：不要在Com智能指针的生命期如果在::CoUninitailize之后，那请在调用::CoUninitailize之前，强制调用MyComPtr = NULL;达到强制释放的目的。否则会出错。
3.5.2：不要混用智能指针和普通Dispatch指针，不要调用MyComPtr->Release()，这违背智能指针的原意，会在析构时报错。
4：使用ATL提供智能指针：CComPtr或是CComQIPtr.
如果不使用MFC框架，要自已包装IDispatch，生成智能指针，还可以使用ATL提供的智能指针。
查看源码，并参照《深入解析ATL》一书，发现实现与_com_ptr_t大同小异，效果一致。
二：引申一下，我们来看看C++的智能指针
1：说到智能指针，我们一定要看看标准C++提供的auto_ptr。
而auto_ptr的使用是有很多限制的，我们一条一条来细数：
1.1:auto_ptr要求一个对象只能有一个拥有者，严禁一物二主。
比如以下用法是错误的。
classA *pA = new classA;
auto_ptr<classA> ptr1(pA);
auto_ptr<classA> ptr2(pA);
1.2:auto_ptr是不能以传值方式进行传递的。
因为所有权的转移，会导致传入的智能指针失去对指针的所有权。如果要传递，可以采用引用方式，利用const引用方式还可以避免程序内其它方式的所有权的转移。就其所有权转移的做法：可以查看auto_ptr的拷贝构造和=操作符的源码，此处略。
1.3：其它注意事项：
1.3.1：不支持数组。
1.3.2：注意其Release语意，它没有引用计数，与com提供的智能指针不同。Release是指释放出指针，即交出指针的所有权。
1.3.3：auto_ptr在拷贝构造和=操作符时的特珠含义决定它不能做为STL标准容器的成员，
好了，看了上面的注意事项，特别是1.3.3，基本上可以得出结论，在实际应用场合，auto_ptr基本上是没什么应用价值的。
2：如何得到支持容器的智能指针。
我们利用auto_ptr的原型，制作一个引用计数的智能指针，则时让它支持STL容器的标准。
实现代码很简单，参照了《C++标准程序库》中的代码，关键代码如下：
template<class T>
class CountedPtr {
T * ptr;
long * counter;
public:
//构造
explicit CountedPtr(T* p = NULL)
:ptr(p),count(new long(1){}
//析构
~CountedPtr() {Release();}
//拷贝构造
CountedPtr(cont CountedPtr<T>& p)
:ptr(p.ptr),count(p.count) {++*counter;}
//=操作符
CountedPtr<T>& operator= (const CountedPtr<T>& p) {
if(this!=&p) {
Release(); ptr=p.ptr; counter=p.counter;++*counter;
}
return *this;
}
//其它略
....
private:
void Release() {
if(--*counter == 0) {
delete counter;
delete ptr;
}
}
}
好了，这样，当复制智能指针时，原指针与新指针副本都是有效的，这样就可以应用于容器了。
现在，通过CountedPtr包装的C++对象，是不是和Java的对象类似了呢，呵呵。
只要再加上一些必要的操作符，它就可以作为容器中的共享资源来使用了。
但只要稍稍仔细看看，就可发现，实际上如果正确使用VC提供的智能指针，是可以避免此问题的。
另外，一直为Java程序员津津乐道的内存使用无需管理的优势，一直知道用C++的智能指针可以模拟。但一直没实际动手做过，趁此分析之机，用C++简单包装了一个。反正粗看之下，可以达到与Java类似的效果，当然，C++的对象更高效且节省内存。
就以上所提到的，时间关系，我只能简单罗列几点，代码应该是正确的(但未检查)。前后文没什么逻辑关系，但如果要进一步应用C++的智能指针，相信会起到抛砖引玉之效。
一：关于纠错，MFC和ATL中智能指针的应用
1：在Windows中如何方便的查看当前进程使用的内存。
虽然代码简单，但对纠错时有大用处，不用不停的通过切换任务管理器来查看内存使用。代码如下：
UINT C_BaseUtil::getProcessMemoryUsed()
{
UINT uiTotal = 0L;
HANDLE hProcess = ::GetCurrentProcess();
PROCESS_MEMORY_COUNTERS pmc;
if(::GetProcessMemoryInfo(hProcess,&pmc,sizeof(pmc)))
uiTotal = pmc.WorkingSetSize;
return uiTotal;
}
注意：由于内存使用会是一个不稳定的过程，所以，需要在程序稳定时进行调用，才能准确。
2：在使用Com的Dispatch指针时，如果不使用COM智能指针，容易出现的错误。
2.1：忘记在所有出口释放指针。
如：
IXMLDOMDocument *pDoc = NULL;
CoCreateInstance(...)
……
pDoc->Release();
错误：如果中间代码发生异常，则pDoc未能正常释放，造成内存泄露。
2.2：重复使用同一指针变量，导致中间生成的Dispatch指针未能释放。
IXMLDOMNode *pNode = NULL;
if(FAILED(pDoc->selectSingleNode(_bstr_t('Workbook'), &pNode)) || pNode==NULL)
throw(_T('selectSingleNode failed!'));
if(FAILED(pDoc->selectSingleNode(_bstr_t('Workbook'), &pNode)) || pNode==NULL)
throw(_T('selectSingleNode failed!'));
错误：pNode未释放就开始第二次调用，造成内存泄露。或者类似pNode = pNode2的这种写法，也随手就出问题了。必须调用if(pNode) {pNode->Release();pNode=NULL;}
3：使用MFC提供的Com智能指针解决上述问题。
注意：可通过查看源码，看到#import生成的智能指针的原型是_com_ptr_t。
3.1：
IXMLDOMDocumentPtr docPtr = NULL;
docPtr.CreateInstance(...)
……
OK，这下不会有问题了，因为docPtr在析构时会有正确的释放处理。
3.2：
IXMLDOMNodePtr nodePtr = NULL;
if(FAILED(pDoc->selectSingleNode(_bstr_t('Workbook'), &nodePtr)) || nodePtr==NULL)
throw(_T('selectSingleNode failed!'));
if(FAILED(pDoc->selectSingleNode(_bstr_t('Workbook'), &nodePtr)) || nodePtr==NULL)
throw(_T('selectSingleNode failed!'));
OK，不会出错了，因为_com_ptr_t重载了&操作符，在取指针时，有如下操作，嘿。
Interface** operator&() throw()
{
_Release();
m_pInterface = NULL;
return &m_pInterface;
}
3.3： nodePtr = nodePrt2 ，也不会有问题：
仔细查看源码，在=操作符中会调用Attach，而Attach的做法是：会先调用_Release();
3.4：再看看值传递：拷贝构造函数如下
template<> _com_ptr_t(const _com_ptr_t& cp) throw()
: m_pInterface(cp.m_pInterface)
{
_AddRef();
}
嗯，也不会有问题。
3.5：最后我们也总结一下使用COM智能指针时的注意事项：
3.5.1：不要在Com智能指针的生命期如果在::CoUninitailize之后，那请在调用::CoUninitailize之前，强制调用MyComPtr = NULL;达到强制释放的目的。否则会出错。
3.5.2：不要混用智能指针和普通Dispatch指针，不要调用MyComPtr->Release()，这违背智能指针的原意，会在析构时报错。
4：使用ATL提供智能指针：CComPtr或是CComQIPtr.
如果不使用MFC框架，要自已包装IDispatch，生成智能指针，还可以使用ATL提供的智能指针。
查看源码，并参照《深入解析ATL》一书，发现实现与_com_ptr_t大同小异，效果一致。
二：引申一下，我们来看看C++的智能指针
1：说到智能指针，我们一定要看看标准C++提供的auto_ptr。
而auto_ptr的使用是有很多限制的，我们一条一条来细数：
1.1:auto_ptr要求一个对象只能有一个拥有者，严禁一物二主。
比如以下用法是错误的。
classA *pA = new classA;
auto_ptr<classA> ptr1(pA);
auto_ptr<classA> ptr2(pA);
1.2:auto_ptr是不能以传值方式进行传递的。
因为所有权的转移，会导致传入的智能指针失去对指针的所有权。如果要传递，可以采用引用方式，利用const引用方式还可以避免程序内其它方式的所有权的转移。就其所有权转移的做法：可以查看auto_ptr的拷贝构造和=操作符的源码，此处略。
1.3：其它注意事项：
1.3.1：不支持数组。
1.3.2：注意其Release语意，它没有引用计数，与com提供的智能指针不同。Release是指释放出指针，即交出指针的所有权。
1.3.3：auto_ptr在拷贝构造和=操作符时的特珠含义决定它不能做为STL标准容器的成员，
好了，看了上面的注意事项，特别是1.3.3，基本上可以得出结论，在实际应用场合，auto_ptr基本上是没什么应用价值的。
2：如何得到支持容器的智能指针。
我们利用auto_ptr的原型，制作一个引用计数的智能指针，则时让它支持STL容器的标准。
实现代码很简单，参照了《C++标准程序库》中的代码，关键代码如下：
template<class T>
class CountedPtr {
T * ptr;
long * counter;
public:
//构造
explicit CountedPtr(T* p = NULL)
:ptr(p),count(new long(1){}
//析构
~CountedPtr() {Release();}
//拷贝构造
CountedPtr(cont CountedPtr<T>& p)
:ptr(p.ptr),count(p.count) {++*counter;}
//=操作符
CountedPtr<T>& operator= (const CountedPtr<T>& p) {
if(this!=&p) {
Release(); ptr=p.ptr; counter=p.counter;++*counter;
}
return *this;
}
//其它略
....
private:
void Release() {
if(--*counter == 0) {
delete counter;
delete ptr;
}
}
}
好了，这样，当复制智能指针时，原指针与新指针副本都是有效的，这样就可以应用于容器了。
现在，通过CountedPtr包装的C++对象，是不是和Java的对象类似了呢，呵呵。
只要再加上一些必要的操作符，它就可以作为容器中的共享资源来使用了。