如何防止将空指针转换为引用

Question

在我的应用程序中，我有一个代表“系统” 的单例。此对象首先创建并最后销毁，并且所有其他对象都应该由它管理，这意味着每个对象都将由该 system 对象直接或间接创建（在其run 方法中）并且所有对象都将（希望）在系统变得不可用之前被移除。

问题是对 system 对象的可选访问（通过指针）引入了大量非空检查代码。我知道取消引用空指针会导致未定义的行为。使用旧的 C-assert 是我能做的最好的吗？

// this is mostly pseudo-code, but should compile if 
// there is an appropriate MySys header
#include "MySys.h"

class MySysImplementation: public MySys 
{
public:
    MySysImplementation();
    void run();
    // ...
};

/// pointing to system object during runtime
namespace {
MySys* g_sys = NULL;
}

MySys& MySys::Instance()
{
    assert(g_sys);
    return *g_sys;
}

int main()
{
    {
        MySysImplementation sys;
        g_sys = &sys;
        sys.run();
    } // <---------- HERE all application-specific objects should be gone
    g_sys = NULL; // in real code this RAII-ensured
}

Answer 1

问题是一个可选的系统对象引入了很多非空检查代码。

考虑用空对象替换它：

class MySys {
    virtual void some_op() = 0;
    // other operations here
};

class NullSystem: public MySys {
    void some_op() {} // no-op implementations for all APIs
};

class YourSystem: public MySys {
    void some_op() { /* your non-optional implementation here */ }
};

我知道取消引用空指针会导致未定义的行为。使用旧的 C 断言是我能做的最好的吗？

首先，不要对实例使用全局变量，也不要使用单例访问点（您的 MySys::Instance()）。单例模式是一种反模式（它主要显示不该做什么）。

考虑在 main 中实例化一个对象并通过引用传递它（也就是说，使用依赖注入而不是单例）：

class SomeClientClass
{
    SomeClientClass(MySys const & system);
};

int main(int, char**)
{
    auto system = std::make_unique<YourSystem>();

    auto someClientCode = SomeClientClass(*system);
    // ... 

    // example where you want a SomeClientClass instance without system:
    auto client2 = SomeClientClass{ NullSystem{} };
}

Answer 2

虽然可以在发布模式下删除断言，但最好还是抛出异常。

您的程序可能会因仅使用空指针而崩溃，但这是未定义的行为，可能会产生所有可能的副作用。

异常还具有您创建的对象被清理（堆栈展开）的优点，并且如果您有一部分代码可以正确处理，您也有机会捕获异常并处理它有了这个。

你可以扔任何你喜欢的东西，但建议扔任何源自std::exception的东西。 std::runtime_error 在这里看起来不错。或者自己推导出一些东西。

有一点需要注意：

因为你正在处理一个全局对象（单例也是全局的），你应该避免在析构函数中使用单例。当抛出异常并且您正在“堆栈展开”并且其中一个对象析构函数将抛出第二个异常时，程序将立即调用std::terminate。如果您仍然终止，这可能不是问题，但如果您想在某处捕获异常或者您依赖堆栈展开，这可能会导致问题。

Answer 3

您可以简单地执行以下操作：

MySys& MySys::Instance()
{
    static MySysImplementation instance;
    return instance;
}

Answer 4

我能做到最好吗？

这是一种选择。是否最好取决于您在使用空指针时需要程序做什么。

assert有两个方面：

1. 有条件地禁用它，具体取决于 NDEBUG 宏 - 通常在发布版本中启用。如果您想无条件检测空指针，if 语句是更好的选择。

2. 它调用std::abort 来终止进程。如果情况可以以更优雅的方式解决，那么断言对您来说不是最佳选择。相反，您可以抛出异常，并在可以处理的调用堆栈中将其捕获。

如果您无论如何都无法有意义地处理异常，并且如果您希望避免在发布构建中检查的运行时成本，那么您可以做的最好的事情就是断言。

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但是，如果可能，您也可以通过使用静态实例来保证对象确实存在。考虑以下：

MySys& MySys::Instance()
{
    static MySysImplementation sys;
    return sys;
}

此sys 保证存在于任何对象之前和之后，该对象在其构造函数中调用MySys::Instance - 或者其构造保证在构造MySysImplementation 之后。