三位一体
Trinity是英文中比较有名的一个单词，在西语神学中表示三个分开的人合为一体，圣父、圣子、圣神合成一神。在C++中也有这样一个Trinity，它们最好一起出现，来尽量避免可能的错误。那就是复制构造函数（copy constructor）、赋值运算符（operator=）和析构函数（destructor）。它们三个要么同时出现，要么同时消失【注1】。如果你从来没有听说过这个提法的话，可以参考2001.6月的《C/C++ Users Journal》中Andrew Koenig and Barbara E. Moo写的《C++ Made Easier: The Rule of Three》。
注1：世事总有例外，什么也不是绝对的，一般来说，拥有复制操作（copy constructor, assignment operator）的同时要带上析构函数（destructor），但反之，拥有析构函数并不一定要有复制操作。
对于作为基类（base class）的析构函数，如果这个基类有多态删除的运用，则析构函数应该public virtual，不具有多态删除运用，则析构函数应该protected non-virtual。
一般来说这是因为类的构造、拷贝、析构会分配和释放资源。但这不是今天我要讲的重点，下面从上面文章中摘录的代码说明了一切。
//有错误的代码
// This class contains a subtle error
class IntVec {
public:
IntVec(int n): data(new int[n]) { }
~IntVec() { delete[] data; };
int& operator[](int n)
{ return data[n]; }
const int& operator[](int n) const
{ return data[n]; }
private:
int* data;
};
//暴力修正，绝对禁止复制
// This class corrects the error
// by brute force
class IntVec {
public:
IntVec(int n): data(new int[n]) { }
~IntVec() { delete[] data; };
int& operator[](int n)
{ return data[n]; }
const int& operator[](int n) const
{ return data[n]; }
private:
int* data;
// these two member functions added
IntVec(const IntVec&);
IntVec& operator=(const IntVec&);
};
//修正好的，加上了复制操作
// This class corrects the error by
// defining copying and assignment
class IntVec {
public:
IntVec(int n): data(new int[n]), size(n) { }
~IntVec() { delete[] data; };
int& operator[](int n)
{ return data[n]; }
const int& operator[](int n) const
{ return data[n]; }
IntVec(const IntVec& v):
data(new int[v.size]),
size(v.size) {
std::copy(data, data + size, v.data);
}
IntVec&
operator=(const IntVec& v) {
int* newdata = new int[v.size];
std::copy(v.data,v.data+v.size, newdata);
delete[] data;
data = newdata;
size = v.size;
return *this;
}
private:
int* data;
int size;
};
这种一般的三位一体必须首先领会。
如果为了异常安全（exception safety）用到pimpl手法【注2】。其中会用到智能指针auto_ptr。
注2：可以参考Herb Sutter的《More Exceptional C++》的条款22“异常安全与类的设计”，pimpl手法最先应该出现在《Exceptional C++》中，不过我没有这本书，读者可以自己去参考相关条款。手法pimpl本身很简单，实质就是将类的实现（class implementation）隐藏，然后用一个外包类的auto_ptr指向它。
在这里借用《MEC》中Page144的Cargill Widget例子。
class Widget
{
public:
Widget(); // initializes pimpl_ with new WidgetImpl
~Widget(); // must be provided, because the implicit
// version causes usage problems
// (see Items 30 and 31)
Widget& operator=( const Widget& );
// ...
private:
class WidgetImpl;
auto_ptr<WidgetImpl> pimpl_;
// ... provide copy construction that
// works correctly, or suppress it ...
};
// Then, typically in a separate
// implementation file:
//
class Widget::WidgetImpl
{
public:
// ...
T1 t1_;
T2 t2_;
};
auto_ptr的目的就是为了自动管理内存资源，上面的类只有一个数据成员（data member）pimpl_，所以按道理是不需要用到析构函数的。自动生成的析构函数已经足够。
但是我们往往观于浊水而迷于清渊。请注意上面析构函数的解释“析构函数必须被提供，隐式生成的版本会引起使用问题”。到底是什么使用问题？书上的解释是：“如果使用编译器自动生成的析构函数，那个析构函数将被定义在每个编译单元（translation unit）中，因而，WidgetImpl的定义必须在每个编译单元可见。”
这个解释闪烁其词，语焉不详。我记得第一次看到的时候就很疑惑，后来用了一个下午的时间差不多弄明白了。
在这个类的设计中，copy constructor和assignment operator的提供显而易见，为了资源的正常转移，不用我多说。但是即使析构函数为空，也要提供它，为什么？
为了更好的隐藏信息，简单的回答。一般来说，我们自己设计类的时候，会将类的声明界面和具体实现分别用.h和.cpp文件实现。分别编译，别的文件用到这个类的时候，就只需要包含它的.h头文件，而不用管.cpp实现文件，连接（link）的时候自然会找到。这样的模块化（model）设计在C/C++语言中用的极为频繁，很好的达到了界面（一组服务）和实现（服务功能的完成）的分离。
上面例子中class Widget::WidgetImpl的定义肯定在一个单独的文件中，就像它的名字，是为了实现，并不需要被客户（client）所看到。
如果我们为class Widget提供了析构函数，即使它即为空也是内联（inline），我们编译而成的代码中还是有它作为函数存在的位置。但是相反，我们如果没有定义析构函数，则会在用到【注3】这个析构函数的文件中才就地（in palce）生成一个析构函数；如果多个文件中用到这个析构函数，则会在多个文件中分别生成这样一个析构函数，就像《Matrix II》中浴火重生的Agent Smith一样：）
注3：注意一定要用到，如果是像老式的C struct一样的Value类型，即一般的POD结构（plain old data struct），析构函数是不会用到的，它当然也不会被生成出来。但是这里的成员数据（member data）是一个auto_ptr<WidgetImpl>，它有不可忽视的（nontrivial）析构函数，所以宿主类型Widget的析构函数也不可忽视。用到的时候就必须被生成出来。
我们现在面对的问题就在这里。分两种情况讨论：
1.对于正常有定义的析构函数，在用到这个析构函数的文件中，会真正的去调用（call）它，就像调用普通的成员函数一样，而不会自己生成。这个文件肯定会包含这个类的.h声明文件，当然文件里面会有这个类析构函数的声明（declaration），然后会在编译完成后的连接（link）阶段由连接器（linker）确定成员函数地址（当然也包括析构函数），为了以后在运行的时候动态调用它。
2.但是对于没有声明和定义的析构函数，即需要靠编译器来生成，上面已经说的很清楚，在用到的文件中就地生成，因为它没有一个固定的位置，所以你即使包含了这个类的.h声明文件，也不可能在连接的时候会有析构函数的地址（它不存在）。在上面的例子中，由于Widget的成员数据auto_ptr<WidgetImpl>析构的时候需要用到WidgetImpl类的定义，所以为了生成合适的Widget函数，则必须知道WidgetImpl的完整定义，所以WidgetImpl的完整定义必须在Widget的.h声明文件中，而本身WidgetImpl是一种跟实现相关的信息，一般会放在一个单独的文件中，所以在这里如果你不想写析构函数的话，你就必须暴露WidgetImpl的实现。
整个推导过程，关键就是要认真想一想C++程序的编译和连接过程，在加上一点点编译原理的知识，就能够豁然开朗。
结论：你还是必须明确的写出析构函数，即使它为空，否则你就必须付出暴露实现的代价，这个代价似乎太高了点：）
对于类本身有资源分配与释放的情况，不论是类本身，还是由类的成员数据（member data）来控制，绝大部分情况我们都必须为其提供copy constructor和assignment operator（或者有时候会明确禁止它们），同时就必须提供析构函数。
所以我们的古老原则三位一体（Trinity）即使在出现智能指针的情况下，即使在析构函数为空的情况下，仍然应该遵守。
吴桐写于2003.5.31
最近修改2003.6.16
