是否可以颠倒破坏顺序？

Question

我有一个实现许多基本功能的基类，它需要一些必须由继承它的类（或用户）提供的“存储”（内存块）。

class Base
{
public:

    Base(void* storage, size_t storageSize) :
        storage_{storage},
        storageSize_{storageSize}
    {
        // do something with the storage...
    }

    ~Base()
    {
        // do something with the storage...
    }

    // member functions

private:

    void* storage_;
    size_t storageSize_;
};

这里需要注意的是，这个内存块是在构造函数和析构函数中使用的。

这在子类使用静态存储时效果很好：

template<size_t Size>
class StaticObject : public Base
{
public:

    StaticObject() :
        Base{&storage, Size}
    {

    }

private:

    typename std::aligned_storage<Size>::type staticStorage_;
};

我知道存储是在构造之前使用的（在 Base 的构造函数完成后“构造”）和在销毁之后（在 Base 的析构函数开始运行之前“销毁”），但是对于微不足道的std::aligned_storage<...>::type 这没什么区别。

但是，当我想将它与动态分配的存储一起使用时，这个想法完全失败了：

class DynamicObject : public Base
{
public:

    DynamicObject(size_t size) :
        DynamicObject{std::unique_ptr<uint8_t>{new uint8_t[size]}, size}
    {

    }

private:

    DynamicObject(std::unique_ptr<uint8_t>&& dynamicStorage, size_t size) :
        Base{dynamicStorage.get(), size},
        dynamicStorage_{std::move(dynamicStorage)}
    {

    }

    std::unique_ptr<uint8_t> dynamicStorage_;
};

正如您在委托构造函数中看到的那样，我设法创建（分配）存储空间，然后它将用于Base 的构造函数 - 稍微“颠倒”构造顺序。这个特定阶段也可以正常工作。问题是析构函数，因为我真的想不出任何解决我的问题的方法 - 在上面的代码中，动态分配的存储将在 Base 的析构函数开始运行之前被释放（并使用这个内存块）......

现在我必须以不同的方式解决这个问题 - DynamicObject 类包含 unique_ptr 和 Base 的对象作为成员变量，而不是从 Base 继承 - 这样我可以控制构造顺序/破坏，但也有一些负面的方面：

• 我必须为来自Base 的每个函数提供一个包装器，这些函数应该由派生类公开
• 我必须提供转换运算符来（const）引用Base，因为我想通过引用基类来使用对象

我考虑过使用多重继承，这样DynamicObject 将从两个基础继承——一个提供存储（私有继承）和一个从Base（继承功能）——这样我也可以获得正确的构造/销毁顺序，但以使用“邪恶”多重继承为代价......

请注意，上面的示例只是一个简化。真正的用例是我正在编写的 RTOS（https://github.com/DISTORTEC/distortos）的线程和消息队列之类的对象 - 有关实际示例，请参见 Dynamic*.hpp 和 Static*.hpp 对象 - https://github.com/DISTORTEC/distortos/tree/master/include/distortos

有什么聪明的技巧可以用来以某种方式颠倒破坏顺序吗？类似于上面DynamicObject 的委托构造函数的使用？也许有更好的方法来达到同样的效果？

Answer 1

您需要使用类型擦除删除器，与 shared_ptr 使用的方式相同（但不是 unique_ptr 使用的方式，它成为类型的一部分）。

class Base
{
public:
    typedef void (*StorageDeleter)(void*);

    Base(void* storage, size_t storageSize, StorageDeleter deleter = nullptr) :
        storage_{storage},
        storageSize_{storageSize},
        deleter_{deleter}
    {
        // do something with the storage...
    }

    virtual ~Base()
    {
        // do something with the storage...
        if (deleter_) deleter_(storage_);
    }

    // member functions

private:
    void* storage_;
    size_t storageSize_;
    StorageDeleter deleter_;
};

/* no changes to this one */
template<size_t Size>
class StaticObject;

class DynamicObject : public Base
{
    static void array_deleter(void* p) { uint8_t* pExact = (uint8_t*)p; delete [] pExact; }
public:
    DynamicObject(size_t size) :
        DynamicObject{std::unique_ptr<uint8_t[]>{new uint8_t[size]}, size}
    {

    }

private:
    DynamicObject(std::unique_ptr<uint8_t[]>&& dynamicStorage, size_t size) :
        Base{dynamicStorage.get(), size, &DynamicObject::array_deleter},
    {
        dynamicStorage.release();
    }
};

请注意，删除器是一个静态成员函数——它不需要DynamicObject 的实时派生实例才能正确运行。

我还修复了您对std::unique_ptr 的使用，以便在Base 构造期间抛出异常的情况下使用数组释放器（构造后由删除函数负责）。

现在，考虑 (pointer+deleter) 已经存在，形式为std::unique_ptr<T, Deleter>。所以你可以这样做：

class Base
{
    typedef void (*StorageDeleter)(void*);
    typedef std::unique_ptr<void, StorageDeleter> AutofreePtr;

public:
    Base(AutofreePtr&& storage, size_t storageSize) :
        storage_{std::move(storage)},
        storageSize_{storageSize}
    {
        // do something with the storage...
    }

    virtual ~Base()
    {
        // do something with the storage...
    }

    // member functions

private:
    AutofreePtr storage_;
    size_t storageSize_;
};

template<size_t Size>
class StaticObject : public Base
{
    static void no_delete(void*) {}
public:

    StaticObject() :
        Base{{&storage, &StaticObject::no_delete}, Size}
    {

    }

private:

    typename std::aligned_storage<Size>::type staticStorage_;
};

class DynamicObject : public Base
{
    static void array_deleter(void* p) { uint8_t* pExact = (uint8_t*)p; delete [] pExact; }
public:

    DynamicObject(size_t size) :
        DynamicObject{{new uint8_t[size], &DynamicObject::array_deleter}, size}
    {

    }
};

Answer 2

这避免了在完全初始化之前使用存储对象进行工作的问题。

class Base
{
public:

    Base(void* storage, size_t storageSize) :
        storage_{storage},
        storageSize_{storageSize}
    {
    }

    virtual ~Base()
    {
    }

private:
    void* storage_;
    size_t storageSize_;
};

class Worker
{
    Worker(Base* storage)
        : storage(storage)
    {
        // do something with the storage
    }

    ~Worker()
    {
        // do something with the storage
    }

    Base* storage;
};

Base* storage = new FancyStorage;
Worker w(storage);
delete storage;

我避免使用智能指针以保持简单，因为我不知道您希望如何拥有存储对象。

Answer 3

听起来你真正想要的是颠倒层次结构； Base 应该有一些存储空间，而不是说，StaticObject 有 Base。例如，这可以使用泛型来实现

template< typename Storage >
class Base
{
    Storage storage; // Storage could be a private base class too
public:
    // Fix: use perfect forwarding
    template< typename T... >
    Base(T ...args):Storage(args...) { /* More initialization */ }

    ~Base() {
        // Still safe to use storage!
    }

    void set_all_storate_to_zero()
    {
        memset(storage.ptr(), 0, storage.size());
    }
};